[发明专利]基于单基站的无人机精准降落方法

说明书

本发明提出一种基于单基站的无人机精准降落方法，其特征在于：当待降落的无人机到达预设的区域内：以单个基站为原点，指向无人机的方向为x轴，根据实时获取的所述无人机相对基站的距离信息以及无人机的飞行里程信息，使所述无人机执行不偏离x轴的振荡运动，形成一个扇形的收敛轨迹，直至降落在目标位置。其不仅能实现对无人机低成本、精准化的收敛降落，还能解决现有三基站及以上的UWB定位环境的搭建中受空间环境限制而带来的布置困难，同时，还解决了UWB单基站定位环境下，无人机进行导航降落时存在的无人机位置信息难以获得以及系统稳定性不足等问题。

技术领域

本发明属于无人机领域，尤其涉及一种基于单基站的无人机精准降落方法。

背景技术

近十年来，无人机的数量急剧增加，在民用和军事领域都有广泛的应用，如航空摄影、物流配送、巡检监视和救灾等等。虽然无人机的应用领域越来越多，但存在的问题也各式各样，其中，无人机降落阶段的问题是最复杂、最易产生飞行事故的阶段，主要的原因是无人机的自主飞行能力低，性能不足。

精准的自主降落技术可以支撑无人机完成稳定可靠的飞行任务。以往，无人机的降落过程主要依靠其自身的惯性导航系统和GPS定位系统相结合。然而，在降落过程中，受到无人机本身或其它无线电等电磁干扰的影响，GPS定位信号容易丢失，并且无人机自身惯性器件存在累积误差，往往无法使无人机很好的完成降落任务。

图像处理技术以及摄像机硬件的发展加快了无人机视觉的应用。无人机视觉的实时信息可以与本身的惯性数据和GPS信息进行深度融合，从而可以弥补惯性器件和GPS定位信号存在的缺陷。当前无人机通过视觉进行降落的方法有两种：其一是将机载摄像头获取的图像信息通过远距离传输模块发送给地面站，经处理后将定位信息发回无人机，但该方法在图像传输过程中往往会受到较大干扰而造成图像信息的丢失，同时存在着延时问题，无法满足实时性要求；其二是采用机载图像处理模块实时处理图像信息，但由于机载图像处理模块的性能受到多方面因素的限制，运算能力十分有限，同时也增加了无人机自身的负担。

目前，低成本、高精度的超宽带(UWB)定位技术广泛应用于无人机的自主降落之中。该技术需要在空间上布置3个或3个以上的定位基站才能进行无人机的精准降落。但由于现实空间环境复杂等问题，在定位基站的布置上往往会遇到多重难题。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种基于单基站尤其是UWB单基站的无人机精准降落方法，实现无人机低成本、简洁化、精准化的降落。其具体采用以下技术方案：

一种基于单基站的无人机精准降落方法，其特征在于：当待降落的无人机到达预设的区域内：以单个基站为原点，指向无人机的方向为x轴，根据实时获取的所述无人机相对基站的距离信息以及无人机的飞行里程信息，使所述无人机执行不偏离x轴的振荡运动，形成一个扇形的收敛轨迹，直至降落在目标位置。

优选地，具体包括以下步骤：

步骤S1：设定基站的位置为坐标原点并选定无人机降落的目标位置L^*；

步骤S2：当待降落的无人机与所述基站的距离小于设定的阈值ε时，以基站为原点，指向无人机的方向为x轴，建立无人机自适应收敛至目标位置的坐标系；

步骤S3：根据实时获取的所述无人机相对基站的距离信息以及无人机的飞行里程信息，控制所述无人机执行不偏离x轴的振荡运动，形成一个扇形的收敛轨迹：

以采样周期划分时刻，设t时刻无人机的位置为L_t，根据t时刻无人机相对基站的距离信息d_t＝||L_t-L^*||，以及无人机的飞行里程信息计算得到t时刻无人机相对基站的位置q_t＝L_t-L^*以及下一时刻无人机相对基站的估计位置q_t+1＝q_t+w_t；