专利名称：基于激光探测和图像识别的无人直升机地形跟踪方法
技术领域：
本发明是用于无人直升机地形跟踪的方法，能够高精度地实现无人直升机的地形 跟踪飞行。主要应用在航空航天、无人机和机器人等技术领域。
背景技术：
地形跟踪飞行是直升机的重要机动飞行功能之一，主要目的是规避敌方探测和提 高自身生存力。传统的地形跟踪飞行多在地形跟踪雷达的辅助下完成。由于地形跟踪雷达 重量大，小型无人直升机难以装备。因此，无人直升机通常采用激光雷达。然而，激光雷达 价格昂贵、重量较大，并非无人直升机，尤其是小型无人直升机的最佳选择。由于普通的无人直升机通常都具有机载摄像机、高度传感器和飞行控制计算机。 本发明在上述设备的基础上，通过添加一个激光发射器，使激光发射器、机载摄像机组成一 个基于激光探测和图像识别的测距传感器。随后，在高度传感器和飞行控制计算机的配合 下，使无人直升机可以实时探测距前方障碍物距离和距地高度，并随之实时调整飞行轨迹， 以实现地形跟踪功能。与传统的地形跟踪雷达(IOOKg级)相比，本发明的重量要轻得多 (50g级)，从而便于无人直升机携带；与激光雷达相比，本发明结构简单，造价低廉，并能充 分利用无人直升机原有的机载设备，只需增加一个激光发射器即可实现地形跟踪功能。因 此，本发明具有结构简单、造价低廉、改装容易的优点，并且不添加复杂昂贵的硬件，以软件 升级为主，对无人直升机增重极少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够高精度地实现无人直升机地形跟踪飞行的方法。本发明的特征在于，含有基于激光探测和图像识别的测距传感器、高度传感器和 飞行控制计算机，其中，当激光发射器向无人直升机前方照射的激光遇到障碍物时，会在其 上产生激光光点；机载摄像机拍摄到激光光点，并将视频发送给飞行控制计算机；飞行控 制计算机根据该视频中光点的位置，即可计算出无人直升机距前方障碍物的距离D ；飞行 控制计算机通过高度传感器，可以获知无人直升机当前距地面的高度H，其中根据无人直升机当前距障碍物距离D和离地高度H，以及设定的距障碍物距离Dc 和离地高度H。，飞行控制计算机持续地调整无人直升机的前飞速度和垂直速度(以调节垂 直速度为主)，以使无人直升机保持设定的距障碍物距离D。和离地高度H。，从而可以实现无 人直升机对复杂地形的实时跟踪。本发明的优点在于结构简单、造价低廉、改装容易，不添加复杂昂贵的硬件，以软 件升级为主，对无人直升机增重极少。与传统的地形跟踪雷达(IOOKg级)相比，本发明的 重量要轻得多(50g级)，可以被无人直升机所携带；与激光雷达相比，本发明结构简单，造 价低廉，其充分利用了无人直升机原有的机载设备，而只需增加一个激光发射器即可。
图1是基于激光探测和图像识别的无人直升机地形跟踪方法的原理图。图中1.无人直升机，2.飞行控制计算机，3.基于激光探测和图像识别的测距传感 器，4.机载摄像机，5.激光发射器，6.激光，7.激光照射在目标上的激光光点，8.高度传感器。
具体实施例方式基于激光探测和图像识别的无人直升机地形跟踪方法由基于激光探测和图像识 别的测距传感器(3)、高度传感器(8)和飞行控制计算机(2)组成。其中，基于激光探测和 图像识别的测距传感器(3)由机载摄像机(4)和激光发射器(5)组成。激光发射器(5)向无人直升机⑴前方照射激光(6)。当激光(6)照射到前方的 障碍物时，会在其上产生激光光点(7)。机载摄像机(4)拍摄到激光光点(7)，并将视频发 送给飞行控制计算机(2)。飞行控制计算机(2)根据该视频中光点的位置即可计算出无人 直升机(1)距前方障碍物的距离D。飞行控制计算机(2)通过高度传感器(8)，可以获知无 人直升机(1)当前距地面的高度H。根据无人直升机⑴当前距障碍物距离D和离地高度H，以及设定的距障碍物距离 D。和离地高度H。，飞行控制计算机(2)持续地调整无人直升机(1)的前飞速度和垂直速度 (以调节垂直速度为主)，使无人直升机(1)保持设定的距障碍物距离D。和离地高度Hc近 似不变，从而实现无人直升机(1)对复杂地形的实时跟踪飞行。
权利要求
基于激光探测和图像识别的无人直升机地形跟踪方法，其特征在于，含有基于激光探测和图像识别的测距传感器、高度传感器和飞行控制计算机，其中，当激光发射器向无人直升机前方照射的激光遇到障碍物时，会在其上产生激光光点；机载摄像机拍摄到激光光点，并将视频发送给飞行控制计算机；飞行控制计算机根据该视频中光点的位置即可计算出无人直升机距前方障碍物的距离D；飞行控制计算机通过高度传感器，可以获知无人直升机当前距地面的高度H，其中根据无人直升机当前距障碍物距离D和离地高度H，以及设定的距障碍物距离Dc和离地高度Hc，飞行控制计算机持续地调整无人直升机的前飞速度和垂直速度(以调节垂直速度为主)，使无人直升机保持设定的距障碍物距离Dc和离地高度Hc近似不变，从而实现无人直升机对复杂地形的实时跟踪飞行。
全文摘要
基于激光探测和图像识别的无人直升机地形跟踪方法属于无人机飞行控制技术领域，其特征在于，含有基于激光探测和图像识别的测距传感器、高度传感器和飞行控制计算机，其中根据测距传感器和高度传感器分别测量得到的无人直升机距障碍物距离D和离地高度H，以及设定的距障碍物距离Dc和离地高度Hc，飞行控制计算机持续地调整无人直升机的前飞速度和垂直速度(以调节垂直速度为主)，使无人直升机保持设定的距障碍物距离Dc和离地高度Hc近似不变，从而实现无人直升机对复杂地形的实时跟踪飞行。本发明只需为无人直升机增加少量硬件设备，即可精确、简便和可靠地实现地形跟踪功能。
文档编号G01C5/00GK101968353SQ201010297559
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者朱纪洪, 王冠林 申请人:清华大学