[发明专利]一种基于旋转框检测定位的无人机移动平台着陆方法及系统

权利要求书

1.一种基于旋转框检测定位的无人机移动平台着陆方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、基于预规划路径，无人机通过机载相机对地面移动平台所在区域进行覆盖搜索采集，获取包含地面移动平台的图像；

步骤二、基于旋转框检测算法对包含地面移动平台的图像进行处理，获得地面移动平台在图像中的实时位置；所述旋转框检测算法为改进的yolov3-tiny算法，所述改进的yolov3-tiny算法中总的损失函数为位置损失函数、置信度损失函数、类别损失函数三类损失函数的和；所述位置损失函数为预测回归预选框时带来的误差，置信度损失函数为置信度带来的误差，类别损失函数为预测类别带来的误差；其中，位置损失函数lbox计算公式为：

式中，λ_coord表示位置损失在总的损失函数中的比例；S表示网格划分的大小；B表示一个网格的锚框总数目；k表示预测框四边形的顶点编号；表示网格内存在目标，表示网格内不存在目标；smooth_L1表示光滑之后的L1范数损失函数；x_ik表示第i个网格的预测框四边形第k个顶点的x坐标真实值，表示第i个网格的预测框四边形第k个顶点的x坐标预测值；y_ik表示第i个网格的预测框四边形第k个顶点的y坐标真实值，表示第i个网格的预测框四边形第k个顶点的y坐标预测值；

步骤三、根据地面移动平台在图像中的实时位置计算获得其在无人机机载NED坐标系下的实时位置，从而获得无人机和地面移动平台之间的实时相对距离；

步骤四、根据所述实时相对距离对无人机行进路径进行动态规划，获取规划行进路径；

步骤五、无人机根据规划行进路径移动靠近地面移动平台，当所述实时相对距离达到预设距离阈值时开始着陆；

步骤六、在着陆过程中，根据无人机和地面移动平台的实时相对距离来调整无人机的飞行速度；具体过程包括：将无人机和地面移动平台的实时相对距离作为偏差信号输入PID控制器，输出获得校正后的速度控制量，其表达式如下：

式中，u(k)表示PID控制器输出的速度控制量；e(.)表示偏差信号；K_P为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数；这里的k表示离散化时刻。

2.根据权利要求1所述的一种基于旋转框检测定位的无人机移动平台着陆方法，其特征在于，步骤一中所述路径的预规划为：设置地面移动平台所在区域为凸多边形，以所述凸多边形最长边为主轴方向，按逆时针顺序生成凸多边形的顶点列表；选定搜索起点，使无人机沿主轴方向行进，每当到达所述凸多边形边界时转弯掉头机动，沿反方向返回，然后沿主轴方向上行，循环往复直到到达或离开距离搜索起点所在起始边最远的顶点，覆盖搜索采集完成。

3.根据权利要求2所述的一种基于旋转框检测定位的无人机移动平台着陆方法，其特征在于，步骤四中采用具有连续曲率的PH曲线对无人机行进路径进行动态规划，具体包括以下步骤：

首先，将行进路径用PH曲线表示，并写成Bézier形式的n阶多项式为：

式中，q表示被正规化后的路径参数，q∈[0,1]；b_m表示控制点，n表示控制点总数；

然后，确定控制点总数n的数值，并使q在[0,1]上离散化取值，从而获得满足曲率连续约束的PH路径曲线。

4.根据权利要求3所述的一种基于旋转框检测定位的无人机移动平台着陆方法，其特征在于，步骤六中在机载相机无法捕捉地面移动平台完整图像的无人机着陆末段，采用下述方法实现无人机移动平台着陆：

首先，利用地面移动平台的历史移动轨迹数据估算地面移动平台移动速度；

然后，将无人机在着陆末段的降落时间与估算的地面移动平台移动速度相乘获得地面移动平台的移动距离，估算获得无人机着陆时地面移动平台的位置，从而当地面移动平台到达该位置时，无人机完成降落过程。