[发明专利]一种用于无人机自主着舰的合作目标方法

说明书

技术邻域

本发明属于无人机视觉导航领域，具体是一种用于无人机自主着舰的合作目标方法。

背景技术

在人类无法安全介入的复杂环境中具有自主着降能力无人机的使用具有显著的优势。因此在未来的海战中使用无人机对舰船进行物资补给成为国际发展趋势。经过多年的发展研究，目前国内外无人机应用的自主着舰导航系统主要有全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)、光电导航系统、视觉导航系统以及组合导航系统等导航系统。视觉导航系统与传统导航系统相比具有自主性、独立性以及隐蔽性等优点，因此近年来，基于计算机视觉的无人机自主着舰技术得到了国内外科研机构的广泛关注。

关注的热点主要包括着舰合作目标的设计检测以及无人机位姿估计算法。目前国内外设计的合作目标主要包括以下几种形状：H形、T形、矩形、圆形以及不同形状的组合。但是这些合作目标或多或少存在以下缺陷：1)具有空间完全对称性无方向引导性，对于无人机着降在移动舰船上不适用；2)不能满足远近距离均适用；3)合作目标复杂特征信息识别提取困难；4)特征点排序困难。本发明中设计的合作目标克服了现存的合作目标存在的以上缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于无人机自主着舰的合作目标方法，以便提高无人机自主着降的成功率。

本发明提供的一种用于无人机自主着舰的合作目标方法，其特征是至少包括如下步骤过程：

步骤201：无人机通过GPS的自身定位信息引导无人机航行至距离舰船500m范围内；

步骤202：启动无人机视觉导航系统，无人机视觉导航系统中视觉传感器摄像机获取着降区域图像；

步骤203：对无人机视觉导航系统获取的图像进行预处理加工；

步骤204：对步骤203中预处理完的图像进行进一步的处理，实现对合作目标的识别与定位；

步骤205：判断合作目标在无人机视觉导航系统获取的图像中是否完全可见，在无人机着降之初无人机距离着降平台较远，无人机距离合作目标标识的着降平台100m范围内合作目标完全清晰可见，执行步骤206，在无人机自主着降过程中的末端，无人机距离着降区域较近约15m范围内合作目标不完全可见，则执行步骤209；

步骤206：当合作目标完全在无人机视觉导航系统的视野区域内时，提取合作目标外部特征信息；

步骤207：根据提取的合作目标外部特征信息进行无人机的位姿估计；

步骤208：根据步骤207获取的位姿估计值调整无人机的位姿，然后转至步骤202获取调整位置后的图像，执行步骤203、步骤205、步骤206、步骤207、步骤208，依次循环执行至无人机距离着降平台较近合作目标不完全可见跳出循环执行步骤209；

步骤209：无人机距离着降平台较近时，合作目标不完全可见提取合作目标内部特征信息；

步骤210：依据步骤209获取的内部特征信息判断合作目标内轮廓是否完全可见，完全可见时执行步骤212，不完全可见时执行步骤211；

步骤211：在内部轮廓完全可见时，利用获取的内部的特征信息进行位姿估计；

步骤212：在内部轮廓部分可见时，对获取的部分轮廓进行内轮廓拟合，进一步转至步骤211获取特征信息对无人机进行位姿估计；

步骤213：根据步骤211获取的位姿估计信息，判断无人机与着降平台的相对高度，相对高度大于零转至步骤214，否则转至215；

步骤214：根据获取的无人机与合作目标的相对位姿信息调整无人机位姿，然后转至步骤202获取调整位置后的图像，依次循环执行至无人机与合作目标相对高度为零；

步骤215：无人机与合作目标所在平台相对高度为零，无人机安全着降过程结束。

所述的合作目标包括合作目标外部轮廓与合作目标内部轮廓，其中，所述的合作目标外部轮廓是设计合作目标外部轮廓，进一步设定外部尺寸、外部颜色以及外部材质。

所述的合作目标外部轮廓是将合作目标外部轮廓设定为“凹”形，其中“凹”形的横向边与竖直边互相垂直且整个合作目标在竖直方向上轴对称，定义“凹”形的凹口方向为正方向标识舰船运动方向用于方向引导。

所述的外部尺寸依据如下公式原则设计，设目标探测距离为s，目标的尺寸D，则按Johnson准则：

N_T＝3.5(S/D)

红外成像仪的最小可分辨误差曲线有一个极限空间频率，受红外成像仪瞬间平面视场角θ的限定，即：

N_Tc＝1/θ