无人机自动着陆系统的制作方法
【专利说明】无人机自动着陆系统
[0001]本发明是申请号为201510104994.6、申请日为2015年3月10日、发明名称为“无人机自动着陆系统”的专利的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及无人机导航领域，尤其涉及一种无人机自动着陆系统。
【背景技术】
[0003]随着无人机技术的日趋成熟和航空摄影技术的进一步拓展，在军用无人机应用领域上，无人机常用于侦查监视等形式的作战支援，更关键的是，民用无人机的应用领域也日益广泛，包括:摄影测量、应急救灾、公共安全、资源勘探、环境监测、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、林火病虫害防护与监测等。
[0004]由于无人机在各个领域发挥着越来越重要的作用，人们对无人机飞行的智能化要求也越来越高。一般来说，无人机的起飞方面的控制较为方便，而无人机的着陆回收难以控制，但是无人机的自主着陆对无人机完成既定任务后回收又具有重要意义，因此提高无人机自主着陆的准确度即可极大地提高无人机的智能化水平。
[0005]现有技术中，无人机的自主着陆采用惯性导航系统INS、GPS导航系统或者INS和GPS组合导航系统来完成。然而INS的设备昂贵、单纯的GPS导航系统精度不高，而且惯性导航系统INS、GPS导航系统或者INS和GPS组合导航系统都不能实现着陆的完全智能化，另外，现有的无人机着陆控制只局限于特定地形的地标寻找、定位和着陆，无法实现所有地形下的无人机自动着陆。
[0006]因此，需要一种新的无人机自动着陆方案，能够在成本和精度之间获得良好的均衡，具有较好的性价比，同时，能够顺利寻找到各种地形下的着陆地标并完全自动地实现无人机的顺利着陆。
【发明内容】
[0007]为了解决上述问题，本发明提供了一种无人机自动着陆系统，通过采用地标模板匹配和地标图案的仿射不变矩特征匹配相结合的方式准确寻找到着陆地标，通过导航技术、高度测量技术以及图像处理技术获得无人机距离着陆地标的相对位置，同时地形识别技术和无线通信技术的联合使用实现了不同地形下的着陆地标的搜索，整个着陆系统无需外界干涉，完全自动实现，并具有合适的性价比。
[0008]根据本发明的一方面，提供了一种无人机自动着陆系统，所述系统包括航拍摄像机、地标定位器、无人机驱动设备和主控制器，所述航拍摄像机对机下的疑似地标区域进行拍摄以获得疑似地标图像，所述地标定位器对所述疑似地标图像进行图像处理以在确定所述疑似地标图像中存在地标时获得无人机距离地标的相对高度和相对定位距离，所述主控制器与所述地标定位器和所述无人机驱动设备分别连接，基于所述相对高度和所述相对定位距离控制所述无人机驱动设备以驱动所述无人机着陆到地标上。
[0009]更具体地，在所述无人机自动着陆系统中，还包括:地形识别器，与所述航拍摄像机连接，用于基于所述疑似地标图像确定机下地形的类型，所述机下地形的类型包括平原、草地、山区、沙漠、舰艇、戈壁、城市和丘陵；无线收发设备，与远端的无人机控制平台建立双向的无线通信链路，与地形识别器和存储设备分别连接，将所述机下地形的类型发送到所述无人机控制平台，以接收所述无人机控制平台返回的、与所述机下地形的类型对应的地标分割颜色数据，并将所述地标分割颜色数据存储到存储设备中，所述地标分割颜色数据包括地标R通道范围、地标G通道范围和地标B通道范围，所述地标R通道范围、所述地标G通道范围和所述地标B通道范围用于将RGB图像中的地标与RGB图像背景分离；GPS定位器，与GPS导航卫星连接，用于接收无人机所在位置的实时定位数据；存储设备，用于预先存储预设高度范围、预设气压高度权重和预设超声波高度权重，还用于预先存储各个种类的地标的基准图像模板和各个种类的地标的仿射不变矩特征，每一个种类的地标的基准图像模板为对每一个种类的基准地标预先拍摄所获得的图案，每一个种类的地标的仿射不变矩特征提取自每一个种类的地标的基准图像模板；高度传感设备，与所述存储设备连接，包括气压高度传感器、超声波高度传感器和微控制器；所述气压高度传感器用于根据无人机附近的气压变化，检测无人机所在位置的实时气压高度；所述超声波高度传感器包括超声波发射机、超声波接收机和单片机，所述单片机与所述超声波发射机和所述超声波接收机分别连接，所述超声波发射机向地面发射超声波，所述超声波接收机接收地面反射的超声波，所述单片机根据所述超声波发射机的发射时间、所述超声波接收机的接收时间和超声波传播速度计算无人机的实时超声波高度；所述微控制器与所述气压高度传感器、所述超声波高度传感器和所述存储设备分别连接，当所述实时气压高度和所述实时超声波高度的差在所述预设高度范围时，基于所述预设气压高度权重、所述预设超声波高度权重、所述实时气压高度和所述实时超声波高度计算并输出所述实时高度，当所述实时气压高度和所述实时超声波高度的差不在所述预设高度范围时，输出高度检测失败信号；所述航拍摄像机为线阵数码航空摄影机，包括减震底架、前盖玻璃、镜头、滤镜和成像电子单元，用于对所述疑似地标区域进行拍摄以获得疑似地标图像；所述地标定位器与所述航拍摄像机、所述存储设备、所述GPS定位器和所述高度传感设备分别连接，包括图像预处理子设备、疑似地标分割子设备、地标识别子设备和相对位置检测子设备；所述图像预处理子设备对所述疑似地标图像依次进行对比度增强处理、中值滤波处理和RGB色彩空间转换处理，以获得疑似地标RGB图像；所述疑似地标分割子设备与所述图像预处理子设备和所述存储设备分别连接，计算所述疑似地标RGB图像中每一个像素的R通道值、G通道值和B通道值，当某一像素的R通道值在所述地标R通道范围内、G通道值在所述地标G通道范围内且B通道值在所述地标B通道范围内时，将其确定为疑似地标像素，将所述疑似地标RGB图像中所有疑似地标像素组合以形成疑似地标子图案；所述地标识别子设备与所述疑似地标分割子设备和所述存储设备分别连接，计算所述疑似地标子图案的仿射不变矩特征，将所述疑似地标子图案与各个种类的地标的基准图像模板逐一匹配，匹配失败则输出无地标信号，匹配成功则获得匹配的地标类型并将所述存储设备中与匹配的地标类型对应的仿射不变矩特征与所述疑似地标子图案的仿射不变矩特征比较，不同则输出无地标信号，相同则输出存在地标信号、匹配的地标类型以及所述疑似地标子图案在所述疑似地标RGB图像中的图像相对位置；所述相对位置检测子设备与所述地标识别子设备、所述GPS定位器和所述高度传感设备分别连接，在接收到存在地标信号时，基于所述图像相对位置和所述实时定位数据计算所述无人机距离地标的相对定位距离，以及将所述实时高度作为所述无人机距离地标的相对高度；所述主控制器与所述地标定位器、所述高度传感设备和所述无人机驱动设备分别连接，在接收到所述高度检测失败信号或所述无地标信号时，将所述高度检测失败信号或所述无地标信号通过所述无线收发设备转发给所述无人机控制平台；所述主控制器在接收到所述相对定位距离且接收到所述相对高度时，基于所述相对定位距离和所述相对高度控制所述无人机驱动设备以驱动所述无人机着陆到地标上。
[0010]更具体地，在所述无人机自动着陆系统中:当所述机下地形的类型为平原时，所述机下地形的类型对应的地标分割颜色数据中，地标R通道范围为150到255，地标G通道范围为O到120，地标B通道范围为I到150。
[0011]更具体地，在所述无人机自动着陆系统中:所述航拍摄像机为超高清航拍摄像机，所拍摄的疑似地标图像的分辨率为3840X2160。
[0012]更具体地，在所述无人机自动着陆系统中:所述图像预处理子设备、所述疑似地标分割子设备、所述地标识别子设备和所述相对位置检测子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现。
[0013]更具体地，在所述无人机自动着陆系统中:将所述图像预处理子设备、所述疑似地标分割子设备、所述地标识别子设备和所述相对位置检测子设备集成在一块集成电路板上。
[0014]更具体地，在所述无人机自动着陆系统中:所述无人机为旋翼无人机。
【附图说明】
[0015]以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中:
[0016]图1为根据本发明实施方案示出的无人机自动着陆系统的结构方框图。
[0017]图2为根据本发明实施方案示出的无人机自动着陆系统的地标定位器的结构方框图。
【具体实施方式】
[0018]下面将参照附图对本发明的无人机自动着陆系统的实施方案进