一种无人机海上着陆的船载控制系统技术方案

为了解决现有无人机海上着陆时可能会损坏机体部件的问题，本发明专利技术提供一种能够有效地消除对无人机造成损坏的可能性的无人机海上着陆的船载控制系统。本发明专利技术根据采集的无人机图像信息、捕捉装置与无人机的距离信息和船舶的摇晃参数信息，确定无人机的位置、无人机最小跟踪距离和预测出的瞄准点的位置，对无人机的轨迹进行修正，保障高精度地引导无人机飞向捕捉装置，进而与捕捉装置上的瞄准点对接，捕捉装置对无人机进行捕捉，实现制动、海上着落，能够有效地消除对无人机造成损坏的可能性。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机海上着陆的船载控制系统
本专利技术涉及一种控制系统，特别涉及一种无人机海上着陆的船载控制系统，属于无人机海上着陆控制领域。
技术介绍
无人机的快速发展决定了其不仅可以用于解决陆地上的问题，而且还可以用于解决海上问题。遗憾的是，目前无人机的海上应用还十分困难。这很大程度上受限于无人机的海上着陆技术。无人机在船舶上着陆受到多种因素的制约，如甲板的尺寸、海浪的大小、风速等。因此，研究无人机在船舶上的应用技术是一个十分有现实意义课题。当无人机在小型船舶上进行着陆时，船舶将面临着特殊的操作和技术问题，其中，解决无人机着陆设备在船舶上的合理布局问题具有重要意义。例如，铺设跑道，无人机在跑道上完成着陆和后续的制动任务。然而需要考虑一个重要的事实，即，该方案通常需要改变船体的结构，如船上建筑、导航设备、装载设施等等，以便得到必要的安装空间。在多数情况下，这并不总是可以被接受的，特备是对军舰而言，船体结构的改变可能会导致其技术和使用特性的变化。学者提出了一些用于解决着陆装置在船舶甲板上安装问题方案。第一种着陆方案是在水上平台上进行起降。显而易见，这不会引起船舶结构的不利变化，但会极大地影响其使用性能，同时，这一方法需要安装附加的设备，借助该附加设备实现水上着陆平台的上升，并将其提升到船上。此外，还存在海浪作用下的水上着陆平台的稳定问题，对于上升过程尤为重要。第二种着陆方案是借助于专用的降落伞或气球实现无人机的水上着陆。这种方法最为简单和低成本，但主要缺点是通常需要对海水腐蚀的设备进行修复。第三种着陆方案是在甲板上安装一个特殊的网，借助于这个特殊的网完成无人机的捕捉(着陆)任务。这种方法与前一种方法相比具有以下优点：除了安装在捕捉网络后面悬架上的光电传感器，几乎不需要附加的设备，光电传感器可以确保无人机减速飞向捕捉网。这个方法唯一的缺点是当机身与捕捉网接触时可能会损坏机体部件。一种解决方案是安装特殊的缓冲装置，可以减轻着陆时的冲击作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有无人机海上着陆时可能会损坏机体部件的问题，本专利技术提供一种能够有效地消除对无人机造成损坏的可能性的无人机海上着陆的船载控制系统。本专利技术的一种无人机海上着陆的船载控制系统，所述控制系统包括：采集信息接收模块，用于接收无人机的图像信息、捕捉装置与无人机的距离信息和船舶的摇晃参数信息；无人机位置确定模块，用于根据接收的距离信息和无人机图像信息，确定无人机的位置坐标；盲视距离估计模块29，用于根据接收的距离信息，估计出无人机最小跟踪距离DBli；瞄准点位置预测模块34，用于根据接收的距离信息和船舶的摇晃参数信息，预测出瞄准点的位置；所述瞄准点设置在捕捉装置上；固定结构参数存储模块34，用于存储船舶及控制系统结构的常量参数；轨迹校正信号生成模块30，分别与采集信息接收模块、盲视距离估计模块29、瞄准点位置预测模块和固定结构参数存储模块连接，用以根据确定的无人机位置坐标、估计出的无人机最小跟踪距离、预测出的瞄准点的位置和相应船舶结构的常量参数，获取水平和垂直平面内轨迹校正信号；无人机根据该轨迹校正信息控制飞行，进而与捕捉装置5上的瞄准点对接，捕捉装置5对无人机进行捕捉。优选的是，所述控制系统还包括：图像采集装置6、测距仪7、横梁8和摇晃参数测量模块14；图像采集装置6、测距仪7、捕捉装置5均安装在横梁8的一端，横梁8的另一端固定在船舶上，该横梁8能在水平和垂直平面内转动；图像采集装置6，用于采集无人机的图像信息；测距仪7，用于测量与无人机的距离；根据该距离及测距仪与捕捉装置5的距离，获得捕捉装置5与无人机的距离信息；摇晃参数测量模块14，用于采集船舶的摇晃参数信息；捕捉装置5捕捉到无人机后，通过横梁8的转动使无人机海上着陆。优选的是，所述摇晃参数包括船舶横摇角、纵摇角、艏摇角和垂荡角。优选的是，所述无人机位置确定模块包括：无人机角位置确定模块24，用以根据采集的无人机图像确定无人机的当前角坐标值；无人机线性坐标确定模块25，用以根据确定的无人机当前角坐标值和捕捉装置与无人机的距离信息，获取无人机的位置坐标。优选的是，所述控制系统还包括监视器10、画面稳定信号生成模块32、轨迹图像投影生成模块33和图像投影切换开关37；画面稳定信号生成模块32，分别与图像采集装置6、测距仪7、摇晃参数测量模块14和固定结构参数存储模块34连接，用于利用船舶的摇晃参数、捕捉装置与无人机的距离信息补偿对无人机图像的影响，生成平面ZY、XZ或XY内稳定的无人机图像信号；轨迹图像投影生成模块33，分别与画面稳定信号生成模块32、测距仪7和无人机线性坐标确定模块25连接，用以根据捕捉装置与无人机的距离信息和无人机的位置坐标，将生成的稳定的无人机图像信号转换为轨迹图像投影信号；图像投影切换开关37，分别与轨迹图像投影生成模块33和图像采集装置6连接，用于控制监视器10显示图像采集装置6采集的图像、平面ZY内的图像、XZ内的图像或XY内的图像；监视器10，用于显示图像投影切换开关37切换后的图像。优选的是，所述控制系统还包括：视野调节旋钮39，用于输入图像采集装置的视场角；图像采集装置的视野确定模块31，分别与摇晃参数测量模块14和固定结构参数存储模块34连接，用以根据船舶的摇晃参数和船舶结构的相应常量参数，获取在当前摇晃条件下观测及跟踪无人机所需的视野信号；加法器36，分别与视野调节旋钮39和图像采集装置的视野确定模块31连接，用以利用输入的视野控制信号补偿获取的视野信号，获取图像采集装置的视野控制信号，将所述视野控制信号发送至图像采集装置。优选的是，所述瞄准点位置预测模块包括：瞄准点的当前位移确定模块26，分别与摇晃参数测量模块14和固定结构参数存储模块34连接，用以根据船舶的摇晃参数和船舶结构的相应常量参数，确定瞄准点的当前位移；无人机与船舶间进近速度确定模块28，与测距仪7连接，用以根据捕捉装置与无人机的距离信息，确定无人机与船舶间进近速度；瞄准点的预测位置确定模块27，分别与瞄准点的当前位移确定模块26和无人机与船舶间进近速度确定模块28连接，用以根据无人机与船舶间进近速度和瞄准点的当前位移，预测出瞄准点的预测位置。优选的是，所述控制系统还包括：第一系数调节旋钮40，用以输入对无人机轨迹校正时垂直平面校正角的反馈系数Kyθ的调节信号；第二系数调节旋钮41，用以输入对无人机轨迹校正时水平平面校正角的反馈系数Kyψ的调节信号；控制和反馈回路调谐模块35，分别与第一系数调节旋钮40、第二系数调节旋钮41和控制和反馈回路调谐模块35连接，用以从固定结构参数储存模块34中提取无人机轨迹校正时垂直平面校正角和水平平面校正角的反馈系数设定值和并利用输入的调节信号分别调节相应的和获得无人机轨迹校正时水平平面校正角和垂直平面校正角的反馈系数Kyψ和Kyθ，输入至轨迹校正信号生成模块30。优选的是，所述控制系统还包括：控制模式切换开关38，用于控制为自动着陆模式或者半自动模式，轨迹校正信号生成模块30输出轨迹校正信号；半自动模式时，借助第一系数调节旋钮40和第二系数调节旋钮41，轨迹校正信号生成模块30输出轨迹校正信号。优选的是，所述控制系统还包括：控制面板12，所述图像投影切换开关37本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机海上着陆的船载控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：采集信息接收模块，用于接收无人机的图像信息、捕捉装置(5)与无人机的距离信息和船舶的摇晃参数信息；无人机位置确定模块，用于根据接收的距离信息和无人机图像信息，确定无人机的位置坐标；盲视距离估计模块(29)，用于根据接收的距离信息，估计出无人机最小跟踪距离；瞄准点位置预测模块，用于根据接收的距离信息和船舶的摇晃参数信息，预测出瞄准点的位置；所述瞄准点设置在捕捉装置(5)上；固定结构参数存储模块(34)，用于存储船舶及控制系统结构的常量参数；轨迹校正信号生成模块(30)，分别与采集信息接收模块、盲视距离估计模块(29)、瞄准点位置预测模块和固定结构参数存储模块连接，用以根据确定的无人机位置坐标、估计出的无人机最小跟踪距离、预测出的瞄准点的位置和相应船舶结构的常量参数，获取水平和垂直平面内轨迹校正信号；无人机根据该轨迹校正信息控制飞行，进而与捕捉装置(5)上的瞄准点对接，捕捉装置(5)对无人机进行捕捉。

【技术特征摘要】
1.一种无人机海上着陆的船载控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：采集信息接收模块，用于接收无人机的图像信息、捕捉装置(5)与无人机的距离信息和船舶的摇晃参数信息；无人机位置确定模块，用于根据接收的距离信息和无人机图像信息，确定无人机的位置坐标；盲视距离估计模块(29)，用于根据接收的距离信息，估计出无人机最小跟踪距离；瞄准点位置预测模块，用于根据接收的距离信息和船舶的摇晃参数信息，预测出瞄准点的位置；所述瞄准点设置在捕捉装置(5)上；固定结构参数存储模块(34)，用于存储船舶及控制系统结构的常量参数；轨迹校正信号生成模块(30)，分别与采集信息接收模块、盲视距离估计模块(29)、瞄准点位置预测模块和固定结构参数存储模块连接，用以根据确定的无人机位置坐标、估计出的无人机最小跟踪距离、预测出的瞄准点的位置和相应船舶结构的常量参数，获取水平和垂直平面内轨迹校正信号；无人机根据该轨迹校正信息控制飞行，进而与捕捉装置(5)上的瞄准点对接，捕捉装置(5)对无人机进行捕捉。2.根据权利要求1所述的无人机海上着陆的船载控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：图像采集装置(6)、测距仪(7)、横梁(8)和摇晃参数测量模块(14)；图像采集装置(6)、测距仪(7)、捕捉装置(5)均安装在横梁(8)的一端，横梁(8)的另一端固定在船舶上，该横梁(8)能在水平和垂直平面内转动；图像采集装置(6)，用于采集无人机的图像信息；测距仪(7)，用于测量与无人机的距离；根据该距离及测距仪与捕捉装置(5)的距离，获得捕捉装置(5)与无人机的距离信息；摇晃参数测量模块(14)，用于采集船舶的摇晃参数信息；捕捉装置(5)捕捉到无人机后，通过横梁(8)的转动使无人机海上着陆。3.根据权利要求2所述的无人机海上着陆的船载控制系统，其特征在于，所述摇晃参数包括船舶横摇角、纵摇角、艏摇角和垂荡角。4.根据权利要求3所述的无人机海上着陆的船载控制系统，其特征在于，所述无人机位置确定模块包括：无人机角位置确定模块(24)，用以根据采集的无人机图像确定无人机的当前角坐标值；无人机线性坐标确定模块(25)，用以根据确定的无人机当前角坐标值和捕捉装置(5)与无人机的距离信息，获取无人机的位置坐标。5.根据权利要求4所述的无人机海上着陆的船载控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括监视器(10)、画面稳定信号生成模块(32)、轨迹图像投影生成模块(33)和图像投影切换开关(37)；画面稳定信号生成模块(32)，分别与图像采集装置(6)、测距仪(7)、摇晃参数测量模块(14)和固定结构参数存储模块(34)连接，用于利用船舶的摇晃参数、捕捉装置(5)与无人机的距离信息补偿对无人机图像的影响，生成平面ZY、XZ或XY内稳定的无人机图像信号；轨迹图像投影生成模块(33)，分别与画面稳定信号生成模块(32)、测距仪(7)和无人机线性坐标确定模块(25)连接，用以根据捕捉装置(5)与无人机的距离信息和无人机的位置坐标，将生成的稳定的无人机图像信号转换为轨迹图像投影信号；图像投影切换开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭立国，霍建文，宋申民，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23