基于多模导航的无人机着陆引导系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多模导航的无人机着陆引导系统及方法，属于无人机飞行导航技术领域，适用于垂直起降型无人机。系统包括停机位和停机位基准点，设置在停机位附近的合作灯阵、供电单元、无线电信标发射器、卫星定位模块I和通信模块I；以及设置于无人机上的着陆引导模块和卫星定位模块II。本方法利用无线电测向、视觉引导、卫星定位及数据融合，引导无人机自动着陆于指定停机位。提高无人机自主着陆的精度和可靠性，减少了盲降的风险，具有良好的抗干扰性。可用于在固定平台和移动平台上的无人机着陆引导。

【技术实现步骤摘要】
基于多模导航的无人机着陆引导系统及方法
本专利技术涉及一种无人机着陆引导系统及方法，具体地涉及一种应用多模导航的无人机着陆引导系统及方法。属于无人机飞行导航

技术介绍
无人机(Unmannedaerialvehicle)与载人飞机相比，具有重量轻、人员伤亡风险小、机动性好、机舱设计简单等特点，除了在军事上的应用前景，其在民用领域也逐渐显露头角。无人机导航技术主要包括惯性导航、雷达导航、GPS导航、微波导航和视觉导航等。其中，随着计算机视觉和图像采集技术、光学测量技术、高速实时处理及存储技术的发展，基于视觉信息的导航技术近年成为研究热点，并具有设备简单、功耗低、体积小、自主无源等优点，并且不依赖地面和空中的导航设备，尤其是不受制于GPS限制(GPS导航系统利用导航卫星进行导航定位，存在信号易受干扰、分辨精度和技术垄断等问题)。在电子对抗方面具有较大优势。为了保证无人机顺利完成任务，实现无人机的稳定导航是关键。导航系统向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态，引导无人机按照指定航线飞行。未来无人机的发展要求障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干扰性能。传统的导航系统中一般使用惯导系统、GPS系统以及复合其他系统完成导航。而惯导系统中惯性器件具有累积误差，且对初始值过于敏感；GPS系统中GPS信号并不是总是可获取的(如指定着陆地点位于狭窄的楼宇之间、丛林、狭小空间或其他容易造成GPS遮挡的位置)，并且即使GPS信号是可以获取，其精度往往不能总是满足无人机导航的需要，尤其是着陆的需要。因此多种导航技术结合的模式将是未来发展的方向。着陆导航是无人机飞行中的重要阶段，因进场着陆受飞行高度、气象和地理环境等诸多因素的影响，精确可靠自动化的助降方法成为无人机技术中的关键研究内容之一。在无人机导航中着陆导航尤为重要，对无人机回收以及与地面作业衔接都具有重大的意义。无人机着陆是一个需要精准精确控制的过程，而自主着陆技术可以使这一过程自动完成。无人机自主着陆是指无人机依赖机载的导航设备和飞行控制系统来进行定位导航并最终控制无人机降落至指定地点的过程。随着各类应用场合对运动载体导航定位精度要求的提高，单一的导航系统己经难以满足需求。所以需要一种可靠的方法将多种导航系统组合在一起，实现多种信息源的融合互补，以提高导航系统的整体精度和可靠性。融合了视觉导航技术的复合导航系统，不仅能够弥补惯性导航、GPS导航的缺陷，提高导航精度，减少了盲降的风险，而且视觉导航抗干扰性更好且属于被动传感器。多模复合信息融合定位与导航技术实质上是一种多传感器组合导航系统。多种传感器可以获得多种信息源，信息融合技术将这些冗余测量信息进行有机地信息融合，在一定准则下进行自动检测、相关、分析、组合和估计，以获得单个传感器无法获得的有价值的精准定位信息，从而获得高精度、高可靠性的定位与导航信息。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术构建一种基于多模导航的无人机着陆引导系统及方法，利用无线电测向、视觉引导、卫星定位及数据融合，引导无人机自动着陆于指定停机位。一种基于多模导航的无人机着陆引导系统，包括停机位和停机位基准点，以及设置在停机位附近的合作灯阵、供电单元、无线电信标发射器、卫星定位模块I和通信模块I；以及设置于无人机上的着陆引导模块和卫星定位模块II，所述无人机是垂直起降型无人机，其中，停机位，是无人机降落的指定位置；停机位基准点是停机位范围内的指定点，用于着陆引导计算，停机位基准点的位置应保证当无人机降落后无人机位于停机位范围内；合作灯阵，是固定于停机位附近的具有特定排列组合方式的灯阵，用于配合无人机着陆引导模块引导无人机降落于指定停机位上；合作灯阵由多个圆形发光体组成；所述排列组合方式指处于点亮状态的各圆形发光体的排列方式，圆形发光体的数量大于4；合作灯阵的排列组合方式具有方向性；无线电信标发射器，设置在停机位附近，用于发射特定规律的无线电信号供无人机的无线电测向模块接收和检测；卫星定位模块I，用于测量停机位基准点的卫星定位数据；合作灯阵、无线电信标、卫星定位模块II与停机位基准点的相对位置保持不变；通信模块I用于将卫星定位模块I的数据发送给无人机的着陆引导模块或无人机地面遥控系统；供电单元，用于为合作灯阵、无线电信标发射器、卫星定位模块I和通信模块I提供电源。着陆引导模块固定在无人机上，包括机载摄像头、无线电测向模块、机载解算模块、通信模块II；机载摄像头、无线电测向模块、卫星定位模块II分别与机载解算模块相连，机载解算模块与通信模块II相连，其中，机载摄像头固定在无人机上，且其光轴保持下视，用于拍摄停机位及其附近图像；无线电测向模块，用于接收和检测无线电信标信号及其强度，并发送给机载解算模块；卫星定位模块II用于获得无人机当前的位置信息；机载解算模块，用于根据无线电测向模块检测到的无线电信标信号及其强度、机载摄像头拍摄的图像、目标地面停机位基准点的卫星定位数据、无人机当前位置的卫星定位数据进行数据融合计算，生成朝向目标停机位的着陆引导飞行路线；并将该路线经通信模块II发送给无人机飞行控制系统；通信模块II用于与无人机飞行控制系统、无人机地面遥控系统及通信模块I进行数据交换。一种基于多模导航的无人机着陆引导方法，包括如下步骤：Step1.设置目标停机位的停机位基准点；Step2.设置目标停机位的无线电信标格式；Step3.设置合作灯阵的一种排列组合方式，并指定该排列组合方式为目标停机位的着陆引导标志；指定该合作灯阵与停机位基准点之间的位置关系；Step4.卫星定位模块I获取目标停机位基准点的实时卫星定位信息；Step5.将目标停机位基准点的卫星定位信息、着陆引导标志信息、停机位基准点与该合作灯阵的位置关系通过通信模块I发送给无人机或无人机地面遥控系统；Step6.无人机的通信模块II或者无人机地面遥控系统接收到上述信息；Step7.无人机飞行控制系统或者无人机地面遥控系统根据目标停机位的卫星定位信息进行航线规划，获得航线I；Step8.无人机沿着航线I朝向目标停机位飞行；在飞行过程中无人机飞行控制系统或者无人机地面遥控系统根据目标停机位的实时卫星定位信息进行航线规划更新，获得更新的航线；Step9.开启目标停机位的无线电信标发射器和合作灯阵；Step10.无线电测向模块实时检测无线电信标信号及其强度；Step11.当检测到无线电信标信号后，开启机载摄像头，实时拍摄无人机下方地面图像；Step12.机载解算模块根据无线电测向模块检测到的无线电信标信号及其强度、机载摄像头拍摄的图像、目标地面停机位基准点的实时卫星定位数据、无人机当前位置的卫星定位数据、航线I信息，进行数据融合计算I，生成朝向目标停机位的着陆引导飞行路线；并将该路线经通信模块II发送给无人机飞行控制系统，无人机飞行控制系统根据该路线调整无人机飞行姿态和方向，朝着目标停机位上空飞行；Step13.机载解算模块根据机载摄像头拍摄的图像、目标地面停机位基准点的实时卫星定位数据、无人机当前位置的卫星定位数据、航线I信息，进行数据融合计算II，判断无人机是否位于目标停机位上空，若是则生成下降指令通过通信模块II发送给无人机飞行控制模块，启动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多模导航的无人机着陆引导系统，其特征在于，包括停机位和停机位基准点，以及设置在停机位附近的合作灯阵、供电单元、无线电信标发射器、卫星定位模块I和通信模块I；以及设置于无人机上的着陆引导模块和卫星定位模块II，所述无人机是垂直起降型无人机，其中，停机位，是无人机降落的指定位置；停机位基准点是停机位范围内的指定点，用于着陆引导计算，停机位基准点的位置应保证当无人机降落后无人机位于停机位范围内；合作灯阵，是固定于停机位附近的具有特定排列组合方式的灯阵，用于配合无人机着陆引导模块引导无人机降落于指定停机位上；合作灯阵由多个圆形发光体组成；所述排列组合方式指处于点亮状态的各圆形发光体的排列方式，圆形发光体的数量大于4；合作灯阵的排列组合方式具有方向性；无线电信标发射器，设置在停机位附近，用于发射特定规律的无线电信号供无人机的无线电测向模块接收和检测；卫星定位模块I，用于测量停机位基准点的卫星定位数据；合作灯阵、无线电信标、卫星定位模块II与停机位基准点的相对位置保持不变；通信模块I用于将卫星定位模块I的数据发送给无人机的着陆引导模块或无人机地面遥控系统；供电单元，用于为合作灯阵、无线电信标发射器、卫星定位模块I和通信模块I提供电源；着陆引导模块固定在无人机上，包括机载摄像头、无线电测向模块、机载解算模块、通信模块II；机载摄像头、无线电测向模块、卫星定位模块II分别与机载解算模块相连，机载解算模块与通信模块II相连，其中，机载摄像头固定在无人机上，且其光轴保持下视，用于拍摄停机位及其附近图像；无线电测向模块，用于接收和检测无线电信标信号及其强度，并发送给机载解算模块；卫星定位模块II用于获得无人机当前的位置信息；机载解算模块，用于根据无线电测向模块检测到的无线电信标信号及其强度、机载摄像头拍摄的图像、目标地面停机位基准点的卫星定位数据、无人机当前位置的卫星定位数据进行数据融合计算，生成朝向目标停机位的着陆引导飞行路线；并将该路线经通信模块II发送给无人机飞行控制系统；通信模块II用于与无人机飞行控制系统、无人机地面遥控系统及通信模块I进行数据交换。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多模导航的无人机着陆引导系统，其特征在于，包括停机位和停机位基准点，以及设置在停机位附近的合作灯阵、供电单元、无线电信标发射器、卫星定位模块I和通信模块I；以及设置于无人机上的着陆引导模块和卫星定位模块II，所述无人机是垂直起降型无人机，其中，停机位，是无人机降落的指定位置；停机位基准点是停机位范围内的指定点，用于着陆引导计算，停机位基准点的位置应保证当无人机降落后无人机位于停机位范围内；合作灯阵，是固定于停机位附近的具有特定排列组合方式的灯阵，用于配合无人机着陆引导模块引导无人机降落于指定停机位上；合作灯阵由多个圆形发光体组成；所述排列组合方式指处于点亮状态的各圆形发光体的排列方式，圆形发光体的数量大于4；合作灯阵的排列组合方式具有方向性；无线电信标发射器，设置在停机位附近，用于发射特定规律的无线电信号供无人机的无线电测向模块接收和检测；卫星定位模块I，用于测量停机位基准点的卫星定位数据；合作灯阵、无线电信标、卫星定位模块II与停机位基准点的相对位置保持不变；通信模块I用于将卫星定位模块I的数据发送给无人机的着陆引导模块或无人机地面遥控系统；供电单元，用于为合作灯阵、无线电信标发射器、卫星定位模块I和通信模块I提供电源；着陆引导模块固定在无人机上，包括机载摄像头、无线电测向模块、机载解算模块、通信模块II；机载摄像头、无线电测向模块、卫星定位模块II分别与机载解算模块相连，机载解算模块与通信模块II相连，其中，机载摄像头固定在无人机上，且其光轴保持下视，用于拍摄停机位及其附近图像；无线电测向模块，用于接收和检测无线电信标信号及其强度，并发送给机载解算模块；卫星定位模块II用于获得无人机当前的位置信息；机载解算模块，用于根据无线电测向模块检测到的无线电信标信号及其强度、机载摄像头拍摄的图像、目标地面停机位基准点的卫星定位数据、无人机当前位置的卫星定位数据进行数据融合计算，生成朝向目标停机位的着陆引导飞行路线；并将该路线经通信模块II发送给无人机飞行控制系统；通信模块II用于与无人机飞行控制系统、无人机地面遥控系统及通信模块I进行数据交换。2.一种基于多模导航的无人机着陆引导方法，其特征在于，包括如下步骤：Step1.设置目标停机位的停机位基准点；Step2.设置目标停机位的无线电信标格式；Step3.设置合作灯阵的一种排列组合方式，并指定该排列组合方式为目标停机位的着陆引导标志；指定该合作灯阵与停机位基准点之间的位置关系；Step4.卫星定位模块I获取目标停机位基准点的实时卫星定位信息；Step5.将目标停机位基准点的卫星定位信息、着陆引导标志信息、停机位基准点与该合作灯阵的位置关系通过通信模块I发送给无人机或无人机地面遥控系统；Step6.无人机的通信模块II或者无人机地面遥控系统接收到上述信息；Step7.无人机飞行控制系统或者无人机地面遥控系统根据目标停机位的卫星定位信息进行航线规划，获得航线I；Step8.无人机沿着航线I朝向目标停机位飞行；在飞行过程中无人机飞行控制系统或者无人机地面遥控系统根据目标停机位的实时卫星定位信息进行航线规划更新，获得更新的航线；Step9.开启目标停机位的无线电信标发射器和合作灯阵；Step10.无线电测向模块实时检测无线电信标信号及其强度；Step11.当检测到无线电信标信号后，开启机载摄像头，实时拍摄无人机下方地面图像；Step12.机载解算模块根据无线电测向模块检测到的无线电信标信号及其强度、机载摄像头拍摄的图像、目标地面停机位基准点的实时卫星定位数据、无人机当前位置的卫星定位数据、航线I信息，进行数据融合计算I，生成朝向目标停机位的着陆引导飞行路线；并将该路线经通信模块II发送给无人机飞行控制系统，无人机飞行控制系统根据该路线调整无人机飞行姿态和方向，朝着目标停机位上空飞行；Step13.机载解算模块根据机载摄像头拍摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：厦门大壮深飞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35