一种基于红外线视觉识别的无人机降落定位系统与方法与流程

本发明涉及一种基于红外线视觉识别的无人机降落定位系统与方法。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备；广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。

随着科学技术的不断发展，无人机有着越来越广泛的应用，例如植保无人机，顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机有飞行平台(固定翼、单旋翼、多旋翼)、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等，为生活和工作带来了极大方便。

但在无人机作业过程中，由于工作动力，设备维护等各个方面的需要，无人机每工作一段时间就需要返回地面基站，这就涉及到无人机降落的定位技术，传统定位技术主要利用GPS技术进行定位，但GPS类的卫星定位技术，主要专注于全球性的不依赖于地形的位置定位。民用的GPS有很大的漂移效应，可以使用RTK(Real-Time Kinematic)实时动态差分法，提升定位精度至厘米级，但成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于红外线视觉识别的无人机降落定位系统与方法，根据红外发射点的成像数据和无人机距离地面的高度，计算出无人机与红外发射点的水平偏移，控制无人机在水平方向运动，纠正无人机与红外发射点的水平偏移后，实现无人机降落，无人机降落过程中定位准确，且成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于红外线视觉识别的无人机降落定位系统，包括机载子系统和位于地面基站的红外发射点；所述的机载子系统包括红外成像模块、高度探测模块、水平偏移计算模块和飞行控制模块，红外成像模块和高度探测模块分别与水平偏移计算模块连接，水平偏移计算模块与飞行控制模块连接；

所述的红外发射点用于向覆盖范围内发射红外信号；

所述的红外成像模块用于对红外发射点成像；

所述的高度探测模块用于探测无人机距离地面的高度；

所述的水平偏移计算模块用于根据红外发射点的成像数据和无人机距离地面的高度，计算出无人机与红外发射点的水平偏移；

所述的飞行控制模块用于控制无人机在水平方向运动，纠正无人机与红外发射点的水平偏移后，实现无人机的精确降落。

所述的红外发射点位于地面基站上无人机规定停靠位置。

所述的红外成像模块包括镜头组和感光元件，所述镜头组与感光元件配合实现红外成像点的成像。

所述的高度探测模块包括高度传感器。

所述的水平偏移计算模块包括：

识别提取单元，用于根据红外成像数据，提取镜头组中心与感光元件的垂直距离，以及镜头组中心与感光元件上红外成像点的水平距离；

角度计算单元，用于根据数据提取模块获得的数据，计算镜头组中心与红外成像点的偏移角度，该偏移角度即无人机与红外发射点的偏移角度；

水平偏移计算单元，用于高度传感器采集到的数据与计算得到的偏移角度，计算出无人机到红外发射点的水平偏移。

所述的飞行控制模块包括：

水平调整控制单元，用于控制无人机纠正与地面红外发射点的水平偏移；

降落控制单元，用于控制无人机实现准确降落。

所述的一种基于红外线视觉识别的无人机降落定位系统的降落定位方法，包括以下步骤：

S1.无人机飞行至地面基站红外发射点的覆盖范围；

S2.红外成像模块对地面基站的红外发射点进行红外成像；

S3.高度探测模块探测无人机距离地面的高度H；

S4.水平偏移计算模块根据红外发射点的成像数据和无人机距离地面的高度，计算出无人机与红外发射点的水平偏移；

S5.飞行控制模块控制无人机在水平方向运动，纠正无人机与红外发射点的水平偏移后，实现无人机的精确降落。

所述的步骤S4包括以下子步骤：

S41.水平偏移计算模块提取红外成像模块中镜头组中心与感光元件的垂直距离h；

S42.水平偏移计算模块提取红外成像模块中镜头组中心与感光元件上红外成像点的水平距离l；

S43.水平偏移计算模块计算镜头组中心与红外成像点的偏移角度a = arctan(l/h)；偏移角度a即无人机与红外发射点的偏移角度；

S44.水平偏移计算模块根据偏移角度a和高度H，计算出无人机到红外发射点的水平偏移：L = Htana。

所述的步骤S5包括以下子步骤：

S51.飞行控制模块控制无人机在水平方向运动，纠正无人机与红外发射点的水平偏移L，使无人机位于地面基站红外发射点的正上方；

S52.飞行控制模块控制无人机实现精确降落。

本发明的有益效果是：本发明提供一种基于红外线视觉识别的无人机降落定位系统与方法，根据红外发射点的成像数据和无人机距离地面的高度，计算出无人机与红外发射点的水平偏移，控制无人机在水平方向运动，纠正无人机与红外发射点的水平偏移后，实现无人机降落，无人机降落过程中定位准确，成本低，且通过红外线技术进行定位，不受天气，光照等条件的影响，可实现全天候的作业和定位。

附图说明

图1为本发明系统的原理框图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为计算水平偏移的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于红外线视觉识别的无人机降落定位系统，包括机载子系统和位于地面基站的红外发射点；所述的机载子系统包括红外成像模块、高度探测模块、水平偏移计算模块和飞行控制模块，红外成像模块和高度探测模块分别与水平偏移计算模块连接，水平偏移计算模块与飞行控制模块连接；

所述的红外发射点用于向覆盖范围内发射红外信号；

所述的红外成像模块用于对红外发射点成像；

所述的高度探测模块用于探测无人机距离地面的高度；

所述的水平偏移计算模块用于根据红外发射点的成像数据和无人机距离地面的高度，计算出无人机与红外发射点的水平偏移；

所述的飞行控制模块用于控制无人机在水平方向运动，纠正无人机与红外发射点的水平偏移后，实现无人机的精确降落。

所述的红外发射点位于地面基站上无人机规定停靠位置。

所述的红外成像模块包括镜头组和感光元件，所述镜头组与感光元件配合实现红外成像点的成像。

所述的高度探测模块包括高度传感器。

所述的水平偏移计算模块包括：

识别提取单元，用于根据红外成像数据，提取镜头组中心与感光元件的垂直距离，以及镜头组中心与感光元件上红外成像点的水平距离；

角度计算单元，用于根据数据提取模块获得的数据，计算镜头组中心与红外成像点的偏移角度，该偏移角度即无人机与红外发射点的偏移角度；

水平偏移计算单元，用于高度传感器采集到的数据与计算得到的偏移角度，计算出无人机到红外发射点的水平偏移。

所述的飞行控制模块包括：

水平调整控制单元，用于控制无人机纠正与地面红外发射点的水平偏移；

降落控制单元，用于控制无人机实现准确降落。

如图2所示，所述的一种基于红外线视觉识别的无人机降落定位系统的降落定位方法，包括以下步骤：

S1.无人机飞行至地面基站红外发射点的覆盖范围；

S2.红外成像模块对地面基站的红外发射点进行红外成像；

S3.高度探测模块探测无人机距离地面的高度H；

S4.水平偏移计算模块根据红外发射点的成像数据和无人机距离地面的高度，计算出无人机与红外发射点的水平偏移；

S5.飞行控制模块控制无人机在水平方向运动，纠正无人机与红外发射点的水平偏移后，实现无人机的精确降落。

所述的步骤S4包括以下子步骤：如图3所示，

S41.水平偏移计算模块提取红外成像模块中镜头组中心C与感光元件的垂直距离h；

S42.水平偏移计算模块提取红外成像模块中镜头组中心C与感光元件上红外成像点A1的水平距离l；

S43.水平偏移计算模块计算镜头组中心C与红外成像点A1的偏移角度a = arctan(l/h)；

该角度等于镜头组中心C与红外发射点的偏移角度，也就是说偏移角度a即无人机与红外发射点的偏移角度；

S44.水平偏移计算模块根据偏移角度a和高度H，计算出无人机到红外发射点A的水平偏移：L = Htana。

所述的步骤S5包括以下子步骤：

S51.飞行控制模块控制无人机在水平方向运动，纠正无人机与红外发射点A的水平偏移L，使无人机位于地面基站红外发射点的正上方；

S52.飞行控制模块控制无人机实现精确降落。