测飞行轨迹提供状态辨识，辅助飞行控制系统 完成无人机感知进近、对准下滑及着陆刹车等任务的装置。
[0029] 本发明通过高效快速的视觉信息处理系统实现了无人机降落阶段信息的自主采 集、分析与协调控制，具备智能自主，不需要外部设备支持即可完成参数采集与分析等优 点。
[0030] 本发明能够通过基于耦合的相机标定并结合多尺度特征检测与参数提取技术实 现无人机自主降落过程中的位置和姿态信息采集，同时可以获取并分析预测无人机的运动 轨迹，协助飞行控制系统完成感知进近、对准下降以及滑跑刹车等功能。
[0031] 本发明可以与无人机飞行控制系统进行耦合链接，以提高获取的无人机位置姿态 精度，也可以在外部通讯设备受干扰或失效时，独立感知并获取环境信息提供飞行控制系 统降落时所必需的参数。
[0032] 本发明结构简单，功耗低，可直接装置在无人机头部位置，经内外参数标定后通过 多种通讯接口与飞行控制系统相连，实现高效、实时的参数采集和准确的状态判断，并具备 兼容性好等优点。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明的视觉辅助降落装置的组成框图。
[0034] 图2为本发明的用于无人机自主降落的视觉辅助方法的过程示意图。
[0035] 图3为视觉辅助降落阶段划分示意图。
[0036] 图4为视觉辅助降落偏航调整范围示意图。
[0037] 图5为拉平着陆标定效果图。
【具体实施方式】
[0038] 以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0039] 如图1所示，本发明的用于无人机自主降落的视觉辅助装置，主要由两轴转台、转 台电机、电源模块、单目定焦相机、视觉辅助信息处理模块和信息存储模块组成。两轴转台 安装在无人机头部位置，转台电机、电源模块、单目定焦相机、视觉辅助信息处理模块和信 息存储模块均固定在两轴转台上；转台电机与两轴转台相连，用于驱动两轴转台运动；电 源模块分别与转台电机、单目定焦相机、视觉辅助信息处理模块和信息存储模块相连，用于 给转台电机、单目定焦相机、视觉辅助信息处理模块和信息存储模块供电，其中，电源模块 为转台电机和单目定焦相机提供12V电源，电源模块为视觉辅助信息处理模块和信息存储 模块提供5V电源；单目定焦相机与视觉辅助信息处理模块相连；视觉辅助信息处理模块与 信息存储模块相连，信息存储模块用于存储视觉辅助信息处理模块输出的视频编码信息； 视觉辅助信息处理模块带有RS485通讯接口，视觉辅助信息处理模块与无人机飞行控制系 统通过RS485通讯接口相连，实现两者之间的数据通信。无人机内部都安装有无人机飞行 控制系统，无人机飞行控制系统为现有技术，无人机飞行控制系统主要由无人机自主降落 飞行控制模块组成，用于实现无人机中的舵机的非线性控制以及更新无人机状态。
[0040] 如图2所示，视觉辅助信息处理模块主要由着陆轨迹重规划模块、数据对比器、信 息过滤器、基于图像控制的计算机视觉处理器、基于位置控制的计算机视觉处理器、第一反 馈修正器、第二反馈修正器、信息融合参数提取器组成。基于图像控制的计算机视觉处理器 与第一反馈修正器相连，基于位置控制的计算机视觉处理器与第二反馈修正器相连。无人 机飞行控制系统与数据对比器、单目定焦相机、信息过滤器、第二反馈修正器、信息融合参 数提取器、着陆轨迹重规划模块、基于图像控制的计算机视觉处理器相连。信息融合参数提 取器分别与第一反馈修正器、无人机机载传感器、数据对比器、单目定焦相机、信息过滤器、 第二反馈修正器相连。着陆轨迹重规划模块分别与无人机机载传感器、数据对比器、单目定 焦相机、信息过滤器均相连。
[0041] 本实施方式中，所说的视觉辅助信息处理模块采用四核C〇rteXA9作为处理核心 芯片，电压5V ;所说的信息存储模块采用三星MB-MP32D进行储存，电压5V。
[0042] 如图2所示，本发明的用于无人机自主降落的视觉辅助方法，是基于上述的视觉 辅助装置的基础上实现的，该方法包括以下步骤：
[0043] (1)将信息数据库与历史评估后的数据输入至视觉辅助信息处理模块中，同时着 陆航迹重规划模块利用知识库以及从无人机机载传感器、数据对比器、单目定焦相机、信息 过滤器中获取的原始信息（原始信息指的是：无人机机载传感器获取的惯导信息、GPS信 息、星光信息，以及数据对比器获取的参考信息、单目定焦相机获取的视觉信息、信息过滤 器获取的参考信息）对无人机的着陆轨迹进行实时修正；
[0044] (2)将无人机机载传感器获取的惯导信息、GPS信息、星光信息传输给信息融合参 数提取器，同时将数据对比器获取的参考信息、单目定焦相机获取的视觉信息、信息过滤器 获取的参考信息传输给信息融合参数提取器；
[0045] (3)基于图像控制的计算机视觉处理器获取无人机的图像信息并将其转换为基于 图像的视觉控制信号，同时将该基于图像的视觉控制信号传输给第一反馈修正器，第一反 馈修正器再将该基于图像的视觉控制信号传输给信息融合参数提取器；
[0046] (4)基于位置控制的计算机视觉处理器获取无人机的位置信息并将其转换为基于 位置的视觉控制信号，同时将该基于位置的视觉控制信号传输给第二反馈修正器，第二反 馈修正器再将该基于位置的视觉控制信号传输给信息融合参数提取器；
[0047] (5)信息融合参数提取器通过对接收到的惯导信息、GPS信息、星光信息、参考信 息、视觉信息、参考信息进行信息整合，对整合出的融合参数进行分析、学习与判别，解析出 无人机飞行控制系统用于飞行管理控制的关键参数（指的是无人机飞行的各项参数：角速 度信息、加速度信息、磁场矢量信息、位置信息、速度信息、气压高度信息等），并通过RS485 通讯接口与无人机自主降落飞行控制模块进行通讯，辅助无人机飞行控制系统针对不同的 降落阶段划分完成相应的控制工作；
[0048] (6)最后无人机飞行控制系统利用视觉辅助装置提供的信息，结合非线性控制与 无人机姿态更新，控制无人机中的舵机完成无人机自主降落的所有工作。
[0049] 根据本发明的用于无人机自主降落的视觉辅助装置完成无人机自主降落阶段划 分，在各阶段中对本发明的视觉辅助装置和视觉辅助方法进行详细说明。
[0050] (1)阶段划分
[0051] 通过分析无人机自主降落的特点，将无人机自主降落过程进行阶段性划分，确定 各阶段的一些关键参数，并进行多尺度特征设计。如图3所示，本发明结合无人机自主降落 过程中的不同任务特性，将其划分为四个阶段，即感知进近、下滑对准、拉平着陆和滑跑制 动。
[0052] (2)感知进近
[0053] 感知进近阶段主要涉及针对感知特性的相机进行选取确定以及相机内方元素标 定。
[0054] 1)针对感知特性的相机进行选取确定
[0055] 无人机在接受回归指令后，即在某巡航高度上开始下降；当下降到预定高度或视 距达到预定值时（如高度600m、视距6000m时），开始对视场范围进行检测，获取跑道方位 开始进场，此时机场跑道线识别精度低，获取无人机位姿的多尺度特征为天地线和机场整 体图像；随着分辨力的提高，视觉辅助装置将逐步获取航向信标参数以修正跑道方位；并 通知无人机飞行控制系统逐渐减小飞行速度，但不应使下滑速度低于无人机失