無人機自動著陸系統的制作方法
【專利說明】無人機自動著陸系統
[0001 ] 本發明是申請號為201510104994.6、申請日為2015年3月10日、發明名稱為“無人機自動著陸系統”的專利的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及無人機導航領域，尤其涉及一種無人機自動著陸系統。
【背景技術】
[0003]隨著無人機技術的日趨成熟和航空攝影技術的進一步拓展，在軍用無人機應用領域上，無人機常用于偵查監視等形式的作戰支援，更關鍵的是，民用無人機的應用領域也日益廣泛，包括:攝影測量、應急救災、公共安全、資源勘探、環境監測、自然災害監測與評估、城市規劃與市政管理、林火病蟲害防護與監測等。
[0004]由于無人機在各個領域發揮著越來越重要的作用，人們對無人機飛行的智能化要求也越來越高。一般來說，無人機的起飛方面的控制較為方便，而無人機的著陸回收難以控制，但是無人機的自主著陸對無人機完成既定任務后回收又具有重要意義，因此提高無人機自主著陸的準確度即可極大地提高無人機的智能化水平。
[0005]現有技術中，無人機的自主著陸采用慣性導航系統INS、GPS導航系統或者INS和GPS組合導航系統來完成。然而INS的設備昂貴、單純的GPS導航系統精度不高，而且慣性導航系統INS、GPS導航系統或者INS和GPS組合導航系統都不能實現著陸的完全智能化，另外，現有的無人機著陸控制只局限于特定地形的地標尋找、定位和著陸，無法實現所有地形下的無人機自動著陸。
[0006]因此，需要一種新的無人機自動著陸方案，能夠在成本和精度之間獲得良好的均衡，具有較好的性價比，同時，能夠順利尋找到各種地形下的著陸地標并完全自動地實現無人機的順利著陸。
【發明內容】
[0007]為了解決上述問題，本發明提供了一種無人機自動著陸系統，通過采用地標模板匹配和地標圖案的仿射不變矩特征匹配相結合的方式準確尋找到著陸地標，通過導航技術、高度測量技術以及圖像處理技術獲得無人機距離著陸地標的相對位置，同時地形識別技術和無線通信技術的聯合使用實現了不同地形下的著陸地標的搜索，整個著陸系統無需外界干涉，完全自動實現，并具有合適的性價比。
[0008]根據本發明的一方面，提供了一種無人機自動著陸系統，所述系統包括航拍攝像機、地標定位器、無人機驅動設備和主控制器，所述航拍攝像機對機下的疑似地標區域進行拍攝以獲得疑似地標圖像，所述地標定位器對所述疑似地標圖像進行圖像處理以在確定所述疑似地標圖像中存在地標時獲得無人機距離地標的相對高度和相對定位距離，所述主控制器與所述地標定位器和所述無人機驅動設備分別連接，基于所述相對高度和所述相對定位距離控制所述無人機驅動設備以驅動所述無人機著陸到地標上。
[0009]更具體地，在所述無人機自動著陸系統中，還包括:地形識別器，與所述航拍攝像機連接，用于基于所述疑似地標圖像確定機下地形的類型，所述機下地形的類型包括平原、草地、山區、沙漠、艦艇、戈壁、城市和丘陵;無線收發設備，與遠端的無人機控制平臺建立雙向的無線通信鏈路，與地形識別器和存儲設備分別連接，將所述機下地形的類型發送到所述無人機控制平臺，以接收所述無人機控制平臺返回的、與所述機下地形的類型對應的地標分割顏色數據，并將所述地標分割顏色數據存儲到存儲設備中，所述地標分割顏色數據包括地標R通道范圍、地標G通道范圍和地標B通道范圍，所述地標R通道范圍、所述地標G通道范圍和所述地標B通道范圍用于將RGB圖像中的地標與RGB圖像背景分離;GPS定位器，與GPS導航衛星連接，用于接收無人機所在位置的實時定位數據;存儲設備，用于預先存儲預設高度范圍、預設氣壓高度權重和預設超聲波高度權重，還用于預先存儲各個種類的地標的基準圖像模板和各個種類的地標的仿射不變矩特征，每一個種類的地標的基準圖像模板為對每一個種類的基準地標預先拍攝所獲得的圖案，每一個種類的地標的仿射不變矩特征提取自每一個種類的地標的基準圖像模板;高度傳感設備，與所述存儲設備連接，包括氣壓高度傳感器、超聲波高度傳感器和微控制器;所述氣壓高度傳感器用于根據無人機附近的氣壓變化，檢測無人機所在位置的實時氣壓高度;所述超聲波高度傳感器包括超聲波發射機、超聲波接收機和單片機，所述單片機與所述超聲波發射機和所述超聲波接收機分別連接，所述超聲波發射機向地面發射超聲波，所述超聲波接收機接收地面反射的超聲波，所述單片機根據所述超聲波發射機的發射時間、所述超聲波接收機的接收時間和超聲波傳播速度計算無人機的實時超聲波高度;所述微控制器與所述氣壓高度傳感器、所述超聲波高度傳感器和所述存儲設備分別連接，當所述實時氣壓高度和所述實時超聲波高度的差在所述預設高度范圍時，基于所述預設氣壓高度權重、所述預設超聲波高度權重、所述實時氣壓高度和所述實時超聲波高度計算并輸出所述實時高度，當所述實時氣壓高度和所述實時超聲波高度的差不在所述預設高度范圍時，輸出高度檢測失敗信號;所述航拍攝像機為線陣數碼航空攝影機，包括減震底架、前蓋玻璃、鏡頭、濾鏡和成像電子單元，用于對所述疑似地標區域進行拍攝以獲得疑似地標圖像;所述地標定位器與所述航拍攝像機、所述存儲設備、所述GPS定位器和所述高度傳感設備分別連接，包括圖像預處理子設備、疑似地標分割子設備、地標識別子設備和相對位置檢測子設備;所述圖像預處理子設備對所述疑似地標圖像依次進行對比度增強處理、中值濾波處理和RGB色彩空間轉換處理，以獲得疑似地標RGB圖像;所述疑似地標分割子設備與所述圖像預處理子設備和所述存儲設備分別連接，計算所述疑似地標RGB圖像中每一個像素的R通道值、G通道值和B通道值，當某一像素的R通道值在所述地標R通道范圍內、G通道值在所述地標G通道范圍內且B通道值在所述地標B通道范圍內時，將其確定為疑似地標像素，將所述疑似地標RGB圖像中所有疑似地標像素組合以形成疑似地標子圖案;所述地標識別子設備與所述疑似地標分割子設備和所述存儲設備分別連接，計算所述疑似地標子圖案的仿射不變矩特征，將所述疑似地標子圖案與各個種類的地標的基準圖像模板逐一匹配，匹配失敗則輸出無地標信號，匹配成功則獲得匹配的地標類型并將所述存儲設備中與匹配的地標類型對應的仿射不變矩特征與所述疑似地標子圖案的仿射不變矩特征比較，不同則輸出無地標信號，相同則輸出存在地標信號、匹配的地標類型以及所述疑似地標子圖案在所述疑似地標RGB圖像中的圖像相對位置;所述相對位置檢測子設備與所述地標識別子設備、所述GPS定位器和所述高度傳感設備分別連接，在接收到存在地標信號時，基于所述圖像相對位置和所述實時定位數據計算所述無人機距離地標的相對定位距離，以及將所述實時高度作為所述無人機距離地標的相對高度;所述主控制器與所述地標定位器、所述高度傳感設備和所述無人機驅動設備分別連接，在接收到所述高度檢測失敗信號或所述無地標信號時，將所述高度檢測失敗信號或所述無地標信號通過所述無線收發設備轉發給所述無人機控制平臺；所述主控制器在接收到所述相對定位距離且接收到所述相對高度時，基于所述相對定位距離和所述相對高度控制所述無人機驅動設備以驅動所述無人機著陸到地標上。
[0010]更具體地，在所述無人機自動著陸系統中:當所述機下地形的類型為平原時，所述機下地形的類型對應的地標分割顏色數據中，地標R通道范圍為150到255，地標G通道范圍為O到120，地標B通道范圍為I到150。
[0011]更具體地，在所述無人機自動著陸系統中:所述航拍攝像機為超高清航拍攝像機，所拍攝的疑似地標圖像的分辨率為3840 X 2160。
[0012]更具體地，在所述無人機自動著陸系統中:所述圖像預處理子設備、所述疑似地標分割子設備、所述地標識別子設備和所述相對位置檢測子設備分別采用不同的FPGA芯片來實現。
[0013]更具體地，在所述無人機自動著陸系統中:將所述圖像預處理子設備、所述疑似地標分割子設備、所述地標識別子設備和所述相對位置檢測子設備集成在一塊集成電路板上。
[0014]更具體地，在所述無人機自動著陸系統中:所述無人機為旋翼無人機。
【附圖說明】
[0015]以下將結合附圖對本發明的實施方案進行描述，其中:
[0016]圖1為根據本發明實施方案示出的無人機自動著陸系統的結構方框圖。
[0017]圖2為根據本發明實施方案示出的無人機自動著陸系統的地標定位器的結構方框圖。
【具體實施方式】
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