基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法及系统，涉及计算机视觉领域。基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法包括：通过传感器采集所需的原始数据；对原始数据的坐标系统进行统一并转换；将转换后所得enu系下的定位结果通过预设融合算法进行融合；通过多级控制解决视觉定位在高处水平误差大的方式进行降落引导控制。其能够通过单目相机+imu+gps三类传感器数据，经过坐标系转换后进行数据融合定位，实现无人机降落过程中的定位系统，降落引导控制采用多级控制解决视觉定位在高处水平误差大的问题。本发明专利技术还提出了基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导系统。降落引导系统。降落引导系统。

【技术实现步骤摘要】
基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法及系统


[0001]本专利技术涉及计算机视觉领域，具体而言，涉及一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法及系统。

技术介绍

[0002]无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务，目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用。无人机的降落技术直接影响到无人机的顺利回收，影响到无人机的使用寿命。
[0003]无人机在社会各行业的应用越来越广泛，给人们的生产、生活带来极大的方便的同时，人工控制无人机降落的准确性和可靠性不高，特别是在环境条件复杂时，引导无人机准确降落难度极大，不利于无人机的应用推广。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法，其能够通过单目相机+imu+gps三类传感器数据，经过坐标系转换后进行数据融合定位，实现无人机降落过程中的定位系统，降落引导控制采用多级控制解决视觉定位在高处水平误差大的问题。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导系统，其能够运行一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法。
[0006]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0007]第一方面，本申请实施例提供一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法，其包括通过传感器采集所需的原始数据；对原始数据的坐标系统进行统一并转换；将转换后所得enu系下的定位结果通过预设融合算法进行融合；通过多级控制解决视觉定位在高处水平误差大的方式进行降落引导控制。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，上述通过传感器采集所需的原始数据包括：传感器包含有图像传感器，搭配有贴于机库停机坪上的预先已知尺寸的marker，先后经过相机内参标定，图像的特征点识别，2D
‑
3D点的PNP解算得到相机距离marker的位置及姿态，并定义为vision_odom。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，上述还包括：通过imu获得无人机体的线加速度、角速度及配有磁罗盘得到无人机当前在enu坐标系下的姿态，通过gps传感器获得无人机的地理坐标经纬高，通过激光传感器获得无人机距离地面障碍物的高度。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，上述对原始数据的坐标系统进行统一并转换包括：将各个坐标系统一为相同的坐标系，统一为enu东北天坐标系，对多个传感器的定位值进行融合。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，上述还包括：通过各个坐标系的定义可知传感器的值根据实际的安装位置，将各个传感器的值转换到机体坐标系下，再通过vo及marker点在enu系下的位置求取机体到enu系下的转换矩阵，进一步得到相机传感器获得的机体在enu坐标系下的定位。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，上述将转换后所得enu系下的定位结果通过预设融合算法进行融合包括：根据扩展卡尔曼滤波算法对gps传感器获得的enu定位转换后所得的enu系下的定位结果与视觉所得的机体
[0013]在enu系下的定位及imu采集的线加速度、角速度及航向进行融合。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，上述通过多级控制解决视觉定位在高处水平误差大的方式进行降落引导控制包括：采取视觉定位+gps定位+imu传感器EKF融合定位，pid控制输入当前位置与目标位置的差值，输出x，y，z方向在enu坐标系下的速度，传入控制模块，引导无人机达到机库正上方点port_point1点处。
[0015]第二方面，本申请实施例提供一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导系统，其包括数据获取模块，用于通过传感器采集所需的原始数据；
[0016]坐标系转化模块，用于对原始数据的坐标系统进行统一并转换；
[0017]定位融合模块，用于将转换后所得enu系下的定位结果通过预设融合算法进行融合；
[0018]控制模块，用于通过多级控制解决视觉定位在高处水平误差大的方式进行降落引导控制。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，上述包括：用于存储计算机指令的至少一个存储器；与上述存储器通讯的至少一个处理器，其中当上述至少一个处理器执行上述计算机指令时，上述至少一个处理器使上述系统执行：数据获取模块、坐标系转化模块、定位融合模块及控制模块。
[0020]第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法中任一项的方法。
[0021]相对于现有技术，本专利技术的实施例至少具有如下优点或有益效果：
[0022]1.通过单目相机+imu+gps三类传感器数据，经过坐标系转换后进行数据融合定位，实现无人机降落过程中的定位系统；
[0023]2.降落引导控制采用多级控制解决视觉定位在高处水平误差大的问题。
[0024]3.通过非线性函数建立与视觉定位方差相似的倒椎体的安全区域，使得降落过程的z轴速度与xy方向的偏差相关连，当在xy方向偏差较大时优先进行水平调整，后进行高度调整以防止降落到机库下发，确保降落安全；同时在xy方向偏差较小时能够以较快速度下降提高下降效率，平衡安全与速度。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例提供的一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法步骤示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例提供的一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法详细步骤示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例提供的一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导系统模块示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例提供的一种电子设备；
[0030]图5为本专利技术实施例提供的无人机自动降落控制流程图；
[0031]图6为本专利技术实施例提供的图标坐标系下视觉定位xy方向偏差随z轴距离变化示意图；
[0032]图7为本专利技术实施例提供的多级下降控制引导示意图；
[0033]图8为本专利技术实施例提供的控制无人机达port_point2,简要流程示意图。
[0034]图标：10
‑
数据获取模块；20
‑
坐标系转化模块；30
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定位融合模块；40
‑
控制模块；101
‑
存储器；102
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处理器；103
‑
通信接口。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法，其特征在于，包括：通过传感器采集所需的原始数据；对原始数据的坐标系统进行统一并转换；将转换后所得enu系下的定位结果通过预设融合算法进行融合；通过多级控制解决视觉定位在高处水平误差大的方式进行降落引导控制。2.如权利要求1所述的一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法，其特征在于，所述通过传感器采集所需的原始数据包括：传感器包含有图像传感器，搭配有贴于机库停机坪上的预先已知尺寸的marker，先后经过相机内参标定，图像的特征点识别，2D
‑
3D点的PNP解算得到相机距离marker的位置及姿态，并定义为vision_odom。3.如权利要求2所述的一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法，其特征在于，还包括：通过imu获得无人机体的线加速度、角速度及配有磁罗盘得到无人机当前在enu坐标系下的姿态，通过gps传感器获得无人机的地理坐标经纬高，通过激光传感器获得无人机距离地面障碍物的高度。4.如权利要求1所述的一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法，其特征在于，所述对原始数据的坐标系统进行统一并转换包括：将各个坐标系统一为相同的坐标系，统一为enu东北天坐标系，对多个传感器的定位值进行融合。5.如权利要求4所述的一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机降落引导方法，其特征在于，还包括：通过各个坐标系的定义可知传感器的值根据实际的安装位置，将各个传感器的值转换到机体坐标系下，再通过vo及marker点在enu系下的位置求取机体到enu系下的转换矩阵。6.如权利要求1所述的一种基于计算机视觉与北斗导航的无人机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云川，郑光胜，殷姣，郑侃，叶明，黄进凯，
申请(专利权)人：北京宝隆泓瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：