[发明专利]一种无人机自主着陆跑道区域障碍物判断与跟踪方法

说明书

本发明属于飞行器着陆引导技术领域，公开了一种无人机自主着陆跑道区域障碍物判断与跟踪方法，判断着陆区域是否存在障碍物；判断着陆路线上是否存在直接威胁；若存在直接威胁，则继续盘旋并探测着陆合作目标；探测到着陆合作目标后，进入着陆过程，对疑似障碍物实时跟踪；对疑似障碍物进行测距，确保着陆路线上不存在安全隐患；判断着陆线路存在直接威胁，则拉起复飞；每隔十秒进行基于UNet的跑道区域障碍物判断方法，对障碍物位置修正；判断着陆线路不存在直接威胁，则判断是否已安全着陆；若着陆到地面后，着陆过程结束；若未着陆到地面，则继续对疑似障碍物实时跟踪。本发明保证了着陆安全，判断跑道区域是否存在障碍物；若存在障碍物则进行跟踪。

技术领域

本发明属于飞行器着陆引导技术领域，尤其涉及一种无人机自主着陆跑道区域障碍物判断与跟踪方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是一种按输入程序自主控制飞行的非载人飞行器。无人机技术已广泛应用于战场侦察、电子对抗、目标指示、战果评估、通信中继以及大地测绘、资源探测、空气采样、环保监视、交通管理等多个领域。在军用方面，由于其非载人的特点，可以被用于执行危险任务而不需担心人员安全。随着科技的发展，无人机在侦察监视、无线中继及执行空战任务等方面的重要作用逐渐凸显，成为目前重点发展的航空装备之一。在民用方面，由于无人机能够进入人员不易进入的地区、执行长航时任务，则可将其用于地理勘测、森林火灾防治及农药喷洒等作业任务，且其执行任务的成本低于有人机及卫星。由此可见，无人机技术在军用及民用方面都具有重要的研究意义。为了进一步推动无人机技术朝着自动化和智能化的方向发展，自主控制成为当前无人机技术研究的热点。如若能实现在无人机飞行的各阶段都通过自主技术加以完成，无人机技术的智能化将最终取得成功。

无人机按照机体结构的特点主要分为两种类型：无人固定翼飞机和无人旋翼飞机。对于采用轮式起落架滑跑方式起降的无人固定翼飞机，对着陆过程中的导航精度、可靠性、安全性的要求很高。自主飞行着陆是无人固定翼飞机整个自动飞行过程中最危险也是要求最高的过程。据有关统计表明，虽然回收(着陆)阶段的时间只占整个飞行任务的2％～3％，但在这个过程中所发生的故障数约占整个飞行任务中故障总数的80％以上。造成这种现象的原因是：在着陆阶段，其飞行状态(速度、高度、航向)、自身构型(襟翼、起落架、扰流板等)都有很大的变化，当无人机出现失控时，地面控制人员人工干预飞机存在一定的延时，以及着陆过程中可能会出现地面障碍物影响安全，因此，要提高无人机进场着陆过程的安全性，必须提高无人机的自主控制能力，而自主控制能力的提高，与其机载导航设备的信息获取及应用能力密切相关。

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在着陆场的过程。目前已存在的着陆方法有：直接空中回收、借助降落伞降落、人为控制滑翔的方式、阻拦回收以及自主着陆回收等五种方式，其中前四种方法很大程度依赖于操作人员的操作，并且受环境条件影响比较大，而自主着陆导航则是研究的热点。要想实现自主着陆，无人机必须具备自主导航能力，因此高精度的自主着陆导航技术是无人机自主着陆的关键技术。

随着对无人机着陆的自主性和安全性要求的不断提高，传统的导航技术已经不能完全满足需求了，因此，急需寻求一种安全性更高、自主性更好的导航技术。视觉导航技术是一种多学科交叉发展而兴起的前沿导航方式，通过摄像机等成像装置获取图像，对得到的图像进行处理分析，从而获取运动目标位置和姿态信息。视觉导航方法无需依靠地面和空中导航设备，能够通过摄像机实时获取的图像中提取丰富的信息，使无人机具有较好的人机交互能力。视觉导航在无人机上的应用前景十分广阔，也是未来导航领域研究的重要方向，因此开展对视觉导航系统关键技术的研究十分必要。