[发明专利]基于飞艇平台的四旋翼无人机自主降落控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于飞艇平台的四旋翼无人机自主降落控制系统，其特征在于，所述系统包括：无人机、控制终端、飞艇平台、摄像采集模块、通信模块、动力系统和传感器模块；

无人机内部设有飞控模块和定位导航模块，无人机通过通信模块与控制终端连接；飞控模块用于识别摄像采集模块采集的图像和接收传感器模块传来的计算数据，判断出无人机是否处于飞艇平台停靠位置的正上方，引导无人机能够准确地降落到飞艇平台指定位置；

控制终端位于地面站，用于检查无人机的自身状态、监测无人机的飞行状态和查阅飞行日志，并通过定位导航模块的定位信息对无人机的飞行路径进行预先设定，把飞艇平台位置设置为最终路径点，并设置悬停高度，并将飞行路径和悬停高度发送至飞控模块；

飞艇平台用于无人机停靠，包括框架、挂钩连接处和停靠标识；

摄像采集模块位于无人机底部，用于采集飞艇平台上的停靠标识；

通信模块用于系统内的数据通信；

传感器模块安装于无人机上，计算无人机飞行的速度、无人机与飞艇平台的距离以及相对位置，用于无人机控制无人机的水平位置、调整飞行姿态以及引导无人机的降落，并将计算数据发送至飞控模块；

动力系统为无人机的飞行提供动力；

所述传感器模块包括光流传感器、超声波传感器和激光传感器；

光流传感器利用图像的变化进行图像处理，用于检测地面的状态，从而监测飞机的速度以及位置变化；

超声波传感器位于无人机底部，采用HC-SR04超声波测距模块，包括超声波发射器、接收器与控制电路，用于测量无人机与飞艇平台框架之间的距离；

激光传感器由激光器、激光检测器和测量电路组成；激光传感器计算用于飞艇平台与无人机的相对位置。

2.根据权利要求1所述的基于飞艇平台的四旋翼无人机自主降落控制系统，其特征在于，所述飞艇平台的框架由热塑性塑料制成。

3.根据权利要求1所述的基于飞艇平台的四旋翼无人机自主降落控制系统，其特征在于，所述飞艇平台上方连接用于提供升力的浮空球，浮空球主体是一个PE材料制作的气囊；以氦气冲入其中，充盈之后呈橄榄球状。

4.根据权利要求3所述的基于飞艇平台的四旋翼无人机自主降落控制系统，其特征在于，所述气囊囊体两侧偏下部各有两个挂钩，用以固定囊体与飞艇平台。

5.根据权利要求1所述的基于飞艇平台的四旋翼无人机自主降落控制系统，其特征在于，所述飞控模块对摄像头拍摄的图片处理识别采用图像识别技术；采用黑底白色图形进行识别，采用迭代阈值法进行处理。

6.根据权利要求1所述的基于飞艇平台的四旋翼无人机自主降落控制系统，其特征在于，所述摄像采集模块采用全景摄像头或红外摄像头。

7.根据权利要求1所述的基于飞艇平台的四旋翼无人机自主降落控制系统，其特征在于，所述定位导航模块为北斗卫星导航系统、GPS导航系统、差分GPS导航系统或伽利略导航系统。

8.一种基于飞艇平台的四旋翼无人机自主降落控制方法，其特征在于，所述方法为：

步骤一：将地面站的控制终端与无人机进行无线连接，通过地面站检查无人机的自身状态；在确定无人机工作正常且状态良好的情况下，对无人机的飞行路径进行预先设定，把飞艇平台位置设置为最终路径点，并设置悬停高度，通过定位导航模块对无人机飞行进行初步定位，预设完成后将路径规划发送至飞控模块，无人机起飞并向飞艇平台位置飞行；

步骤二：当无人机飞到预期停靠平台上方时，通过摄像采集模块对平台上的停靠标识进行捕捉，摄像采集模块拍摄到停靠标识时，将其转化为数字信号传入飞控模块进行去噪、二值化处理，飞控模块提取并检测其图像是否与给定的停靠标识相同，若相同，则准备降落停靠，执行步骤三；若不相同，应重新检查无人机是否已经悬停在平台上方，是则再执行步骤二，否则继续调整无人机飞行速度、姿态以及位置；

步骤三：在降落过程中，采用超声波传感器和激光传感器进行测距，将由超声波传感器和激光传感器得到的距离数据取平均值作为高度的判断依据，并传入飞行控制系统中，调整无人机调整飞行高度，将飞行高度控制在设置的阈值高度内，最终无人机确定了降落位置，开始匀速下降直到停靠成功，断开所有动力系统，完成降落。