【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机，具体涉及一种无人机在移动平台降落的系统设计方法。
技术介绍
1、无人机的室外定位主要使用gps模块，而室内无法使用gps，一般使用视觉模块。目前的无人机一般带有相机，可以拍摄地面高清图片，因此，使用视觉算法实现无人机的自动降落是比较便捷可行的方案。在此方案中，主要涉及两个
技术介绍
，即视觉识别技术和控制算法：
2、视觉识别是通过无人机上搭载的摄像头对移动平台进行识别，以确定降落目标的位置和姿态。视觉跟踪是指在降落过程中，无人机需要通过摄像头对移动平台进行跟踪，以确保无人机始终保持在降落目标的正上方。视觉定位是指通过摄像头对周围环境进行扫描和识别，以确定无人机自身的位置和姿态。
3、控制算法是控制算法可以根据传感器获取的信息，实现对无人机的高度、速度、姿态等参数进行控制。常用的控制算法包括pid控制、模型预测控制、自适应控制等。
4、然而，目前无人机在移动平台降落的技术仍然存在一些问题和缺点，例如视觉定位精度不够高、控制算法复杂度较高等。这些问题和缺点是本技术方案所要解决针对的缺点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种无人机在移动平台降落的系统设计方法，解决了现有技术中存在的视觉定位精度不高，控制算法复杂度过高无法应用的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，无人机在移动平台降落的系统设计方法，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1、利用无人机与二维码视觉进行高度拟合；
4、步骤2、根
5、步骤3、无人机通过摄像头与已知的二维码尺寸测量移动平台的速度；
6、步骤4、利用cbf-clf算法，求解出无人机加速度的控制变量，实现对无人机速度的控制，以实现在移动平台上的降落。
7、本专利技术的特点还在于，
8、步骤1具体按照以下步骤实施：
9、步骤1.1、根据实验经验数据，考虑到不同高度下无人机视觉识别能力和移动平台的尺寸限制，给定三种正方形二维码的边长分别为：0.042m、0.113m、0.362m，以生成具有独立id的二维码，利用无人机的摄像头识别不同二维码，并读取每个二维码的唯一id，设计不同尺寸的二维码有利于无人机在不同的高度进行识别，即无人机在高处可以利用摄像头识别大尺寸二维码，随着高度降低，无人机开始识别中尺寸二维码，当无人机靠近降落平台，考虑到无人机在降落过程中可能会有位置偏移，视野也会逐渐变小，因此需要逐渐增多二维码数量，避免无人机无法追踪到降落平台；
10、1.2、针对不同二维码尺寸，对无人机的高度进行拟合，获得拟合公式：
11、
12、h(p)表示无人机根据像素数目p拟合出的高度数据，a,b,c,d分别表示拟合参数。
13、步骤1.1中大尺寸二维码边长为0.362m。
14、步骤1.1中的中尺寸二维码边长为0.113m。
15、步骤2具体按照以下步骤实施：
16、2.1、利用公式(1)的拟合结果，根据不同的二维码尺寸和拟合参数，计算出无人机相对移动平台的高度数据；
17、2.2、利用无人机拍摄的图片中，二维码的像素点数目与二维码的实际大小，相比于图片中的距离和实际距离的等比公式，获得无人机到移动平台的水平距离：
18、
19、下标i表示拍摄的第i张图片，其中d(t)表示t时刻下的无人机和移动降落平台的真实水平距离，表示第i张图片下二维码的尺寸大小，表示摄像头拍摄的第i张图片中偏移的距离。
20、步骤3具体按照以下步骤实施：
21、无人机需要通过利用摄像头检测移动平台的速度，利用公式(2)获得无人机到移动平台的水平距离，根据无人机的自身速度，获得移动平台的速度为：
22、
23、其中vg(t)和va(t)分别表示t时刻无人车的速度和无人机的速度，d(t)表示t时刻无人机和移动平台的距离，d(t-1)表示t-1时刻无人机和移动平台间之间的距离，δt表示t时刻和t-1时刻的时间差，即δt表示摄像头两次拍摄的间隔，通过公式(3)计算出无人车的速度。
24、步骤4具体按照以下步骤实施：
25、无人机下降过程中的速度控制由如下动力学模型表示：
26、
27、其中，表示状态信息，是x(t)对t的一阶导数，表示是无人机的速度，表示移动平台的速度，无人机与移动平台的水平距离，h(t)表示无人机与移动平台的垂直距离；表示空气阻力带来的加速度，m表示无人机的质量，αg(t)表示移动平台的加速度，vh(t)表示无人机的降落速度，αhh(t)表示无人机的降落加速；f(x(t)和g(x(t))都是关于x(t)的列向量方程；u(t)是控制变量，即优化目标，通过对该变量的优化，可以实现对无人机速度和位置的控制，该方程描述了t时刻的运动状态方程，因此在接下来的表述中，(t)将被省略；
28、利用控制障碍函数cbf和控制李雅普诺夫函数clf设计控制模型，分别如下：
29、控制障碍函数cbf：
30、
31、其中：b(x)是控制障碍函数，h(x)>0；
32、令h(x)>0，确保在τ时间内无人机可以追踪到移动平台，通过这一限制条件，确保无人机不会丢失移动平台的目标，τ称为追踪时间，表示无人机和移动平台之间的距离，在该问题中，无人机要满足在τ时间内，可以追上无人机的平台，即飞行的水平距离大于该数学逻辑可表述为
33、控制李雅普诺夫函数clf：
34、
35、v(x)为控制李雅普诺夫函数，是无人机的速度，其中δ表示一个极小常量，例如0.1m/s，该方程表示，clf期望无人机的速度略大于移动降落平台的速度，以便无人机实现降落。
36、将该问题表述成一个二次规划问题：
37、
38、其中u*表示最优结果，u是要优化的变量，
39、
40、
41、bclf和bcbf是clf-cbf控制优化问题的中间变量，c是控制常数，可设置为10～100，决定了clf的松弛度，一般来说，c越大，速度平滑度越高，为李导数操作符号。
42、
43、
44、
45、
46、和
47、
48、psc是松弛变量，用于控制clf的的松弛度，fr表示空气阻力，求得u*，即无人机的加速度最优控制，实现对无人机在移动平台降落过程中的速度优化，无人机会在飞行中平滑改变速度，直到降落至移动平台。
49、步骤4中psc设置为10～100。
50、本专利技术的有益效果是，无人机在移动平台降落的系统设计方法，首先利用二维码获取高度信息，设计无人机对移动平台的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤1.1中大尺寸二维码边长为0.362m。
4.根据权利要求2所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤1.1中的中尺寸二维码边长为0.113m。
5.根据权利要求2所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
6.根据权利要求3所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：
7.根据权利要求6所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施：
8.根据权利要求7所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤4中psc设置为10～100。
【技术特征摘要】
1.无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤1.1中大尺寸二维码边长为0.362m。
4.根据权利要求2所述的无人机在移动平台降落的系统设计方法，其特征在于，所述步骤1.1中的中尺寸二维码边长为0.113m。
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