[发明专利]基于九轴惯性传感器的无人机自主返航方法

摘要

一种基于九轴惯性传感器的无人机自主返航方法，首先基于IMU九轴惯性测量单元记录无人机起始点的状态信息，通过摄像头等时间间隔记录起点至终点去程过程中的N幅关键帧图像；以起点初始状态为无人机的标准姿态，通过PID控制参数控制对无人机回程过程中当前状态的姿态角进行修正；通过光流法估计航速，并对航速进行积分，得到当前位置距离前一关键帧图像位置的相对位移信息；最后将当前图像帧与前一关键帧进行图像特征点匹配，结合相邻两帧间的相对位移信息控制无人机向目标关键帧位置逼近，当匹配结果非常接近时，更新到下一关键帧图像直至回到去程起点。其能减小光流法对航速进行积分带来的漂移误差，还能减少图像帧的存储量，有效节约存储空间。

主权项

一种基于九轴惯性传感器的无人机自主返航方法，其特征在于，包括以下步骤：S1利用IMU九轴惯性测量单元记录无人机起始位置P1处的状态信息即无人机初始状态姿态角(φ0,ψ0,θ0)，其中φ0为初始翻滚角，ψ0为初始偏航角，θ0为初始俯仰角；通过无人机的前置摄像机等时间间隔地记录起始位置P1至终点位置PN去程过程中的N幅关键帧图像和位置信息；S2以IMU九轴惯性测量单元记录的无人机初始状态姿态角(φ0,ψ0,θ0)为无人机的标准姿态角，无人机的姿态控制器为PID控制器，PID控制器通过调整PID控制参数控制对无人机回程过程中任一时刻当前状态的俯仰角、横滚角和偏航角进行姿态角修正，保证无人机始终保持平稳的飞行状态；S3以无人机起始位置P1至终点位置PN去程过程中的终点PN为回程起点开始，无人机的前置摄像机获取当前位置图像帧，并利用无人机的底部摄像机获取具有地面纹理特征的连续图像帧用于光流法估计得到无人机在世界坐标系下的水平航速，对该航速进行积分，得到当前位置距离获取前一关键帧图像位置的相对位移信息St；S4将当前位置图像帧与前一关键帧图像进行图像特征点匹配，然后结合步骤S1其去程过程中记录的相邻两关键帧间的相对位移信息Sr作为参考距离，求解参考距离与当前位置距离前一关键帧位置的相对位移St的绝对差值ΔS，当ΔS的值大于设定阈值或者不满足图像特征点匹配条件则调整PID控制参数，分别对无人机进行速度和位置上的调整，控制无人机精确地向目标关键帧位置逼近；当ΔS的值小于阈值且同时满足图像匹配条件则认为当前位置位于目标关键帧位置，更新到下一关键帧图像直至回到去程起点。