[发明专利]一种无人机精准降落于移动平台方法

权利要求书

1.一种无人机精准降落于移动平台方法，用于控制无人机在执行完任务后精准降落返回到移动平台上，其特征在于，包括如下步骤：

1)、无人机通过4G模块获取移动平台的GPS数据，并根据移动平台GPS数据导航飞行，判断无人机是否位于移动平台遥测信号覆盖范围内，即无人机是否位于移动平台视距以内:

1.1)、如果否，则说明无人机在移动平台视距以外飞行，此时移动平台GPS数据通过4G模块发送到云端服务器，云端服务器将移动平台GPS数据发送到无人机的4G模块，此时移动平台GPS数据为非实时性数据，无人机根据移动平台GPS数据继续导航飞行；

1.2)、如果是，则说明无人机飞入移动平台视距以内，无人机搜索地面信号，移动平台与无人机进行数据链路连接:

1.2.1)、如果连接失败，则无人机重新根据移动平台GPS数据导航飞行；

1.2.2)、如果连接成功，则无人机切换移动平台GPS数据来源，无人机直接与移动平台建立无线通信，此时的移动平台GPS数据是实时的；

2)、无人机飞入移动平台视距以内飞行时，无人机上的相机拍摄移动平台，无人机控制器通过图像识别获取精确的降落位置，利用图像偏差来实现精准降落。

2.根据权利权利要求1所述的无人机精准降落于移动平台方法，其特征在于，所述2)中，无人机根据移动平台的实时GPS数据，精确导航飞行，并实时监测无人机是否飞行到移动平台正上方：

2.1)、如果否，则调整无人机的飞行方向和速度，继续进行精确导航飞行；

2.2)、如果是，则无人机与移动平台保持相同速度飞行，通过相机拍摄图像，检测拍摄的图像中是否存在移动平台：

2.2.1)、如果没有，则继续进行精确导航飞行；

2.2.2)、如果有，则根据图像偏差与相机参数计算实际偏差，无人机控制器基于该实际偏差开始降落，并检测无人机距离移动平台的高度是否小于设定距离L：

2.2.2.1)、如果否，则继续进行精确导航飞行，控制器基于实际偏差控制无人机继续降落；

2.2.2.2)、如果是，则根无人机停桨，降落，实现精准降落。

3.根据权利权利要求2所述的无人机精准降落于移动平台方法，其特征在于，所述无人机控制器基于实际偏差继续降落，实现精准降落的步骤如下：

1)、相机拍摄获取的图像存在畸变，因此需要对相机进行矫正，同时获取相机的内参矩阵；

1.1)、建立相机坐标系、成像平面坐标系、像素坐标系；

相机坐标系：以相机光心O_c作为原点，O_cX_c轴平行与成像平面的水平方向，从相机的后方看，指向相机的右方，O_cY_c轴平行于成像平面竖直方向，指向相机下方，光轴O_cZ_c垂直与X_cO_cY_c平面；

像素坐标系：为一个二维直角坐标系，以像素为单位，以图像的左上点为原点o，ou轴与图像宽度方向平行，沿图像上顶边指向右侧，ov轴与图像高度方向平行，沿图像左边界指向下方。

成像平面坐标系：为一个二维直角坐标系，以图像中心O_i为原点，该点为相机光轴与成像平面的交点，O_iX_i轴与O_cX_c轴平行，O_iY_i轴与O_cY_c轴平行，并且两者的正方向相同；

1.2)完成相机坐标系、成像平面坐标系、像素坐标系之间的转换，

1.2.1)、将相机坐标系转换到成像平面坐标系：

设点A(X，Y，Z)为相机坐标系空间中的一点，则a(x，y，f)点为A点在到图像平面上的投影，相机的焦距为f，得出：

x/f＝X/Z，y/f＝Y/Z；

即，x＝fX/Z，y＝fY/Z；

上述变换关系用3*3的矩阵表示为：q＝MQ，其中

得出透视投影变换矩阵为：

1.2.2)、成像平面坐标系转换到像素坐标系：

设定成像平面坐标的原点O_i在以像素为单位的成像平面坐标中的坐标为(u₀，v₀)；设每个像素的物理尺寸大小为dx*dy(mm)，dx！＝dy；

设定图像平面上某点在成像平面坐标系中的坐标为(x，y)，在像素坐标系中的坐标为(u,v)，则二者满足如下关系：

u＝x/dx+u₀；v＝y/dy+v₀；

用齐次坐标与矩阵形式表示为：

将等式两边都乘以Z可得：

将相机坐标系中的(1)式代入上式可得：

则获得相机的内参矩阵：

2)、无人机进行目标识别：

使用aruco图案识别算法，用相机内参矩阵进行像素偏差到实际距离偏差的转换，用Dx表示x方向的实际偏差距离，px表示x方向的像素偏差值，dx/f为内参矩阵输出数据，H为无人机飞行高度，即有：Dx＝px*dx*H/f；

用Dy表示y方向的实际偏差距离，py表示y方向的像素偏差值，dy/f为内参矩阵输出数据，H为高度，即有Dy＝py*dy*H/f；

控制器根据实际偏差距离Dx、Dy来控制无人机进行精准降落，Dx、Dy的方向性由px、py决定，形成闭环参数，完成对无人机的精准控制。