CN105068548A - 无人机着陆引导系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了无人机着陆引导系统，该系统包括着陆引导转塔和操控显示台，着陆引导转塔包括：多光谱传感器，用于瞄准无人机，并计算多光谱传感器的瞄准中心与无人机的跟踪中心之间的像素差；转塔平台，用于根据像素差与多光谱传感器的瞄准焦距，调整多光谱传感器的瞄准方向；以及将多光谱传感器的当前瞄准方向发送至操控显示台；操控显示台用于根据多光谱传感器的当前瞄准方向、无人机的GPS信息、着陆引导转塔的GPS信息和无人机的规划航线的航点信息，计算无人机相对于规划航线的位置调整量，并将位置调整量发送至无人机，以引导无人机着陆。本发明能够保证无人机安全准确的降落在跑道上，缓解无人机降落时坠地、擦伤或者划出跑道的问题。

Description

无人机着陆引导系统

技术领域

本发明涉及领域无人机领域，特别涉及无人机着陆引导系统。

背景技术

随着无人机市场的成熟，无人机的应用越来越广泛，怎样方便可靠地在野外的简易机场起降无人机，特别是安全可靠的降落无人机，已经成为无人机应用的新的技术课题。

现有无人机降落主要依靠机载GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)传感器和机载计算机完成。在无人机飞行过程中，机载GPS传感器随时检测无人机的GPS信息，机载计算机控制无人机降落高度和速度，机载计算机还根据机载GPS传感器检测到的GPS信息和机场的GPS信息制定返航航线。由于现有的无人机降落主要依靠GPS信息，因此GPS的定位精度便成为无人机能否安全返航的主要因素。由于GPS系统对民用开放的精度较低，其位置的定位精度约为Ф5m，其高度定位精度为4m，实践证明，对于无人机这样高速的目标来说，仅仅依靠精度为米级别的传感器降落，出现坠地、擦伤或者划出跑道的情况比比皆是。

可见，现有技术中，通过GPS传感器实现无人机降落时，无人机可能会出现坠地、擦伤或者划出跑道的情况，无人机无法安全可靠的降落。

发明内容

本发明提供了无人机着陆引导系统，能够保证无人机安全准确的降落在跑道上，缓解无人机降落时坠地、擦伤或者划出跑道的问题。

第一方面，本发明实施例提供了无人机着陆引导系统，所述系统包括着陆引导转塔和操控显示台，所述着陆引导转塔与所述操控显示台信号连接，所述着陆引导转塔设置于无人机的降落跑道上，所述着陆引导转塔包括：

多光谱传感器，所述多光谱传感器的初始瞄准方向沿所述降落跑道的延伸方向，且与所述降落跑道平行，所述多光谱传感器用于瞄准所述无人机，并计算所述多光谱传感器的瞄准中心与所述无人机的跟踪中心之间的像素差；

与所述多光谱传感器连接的转塔平台，用于根据所述像素差与所述多光谱传感器的瞄准焦距，调整所述多光谱传感器的瞄准方向，以使所述多光谱传感器的瞄准中心与所述无人机的跟踪中心重合；以及将所述多光谱传感器的当前瞄准方向发送至所述操控显示台；

所述操控显示台用于根据所述多光谱传感器的当前瞄准方向、所述无人机的GPS信息、所述着陆引导转塔的GPS信息和所述无人机的规划航线的航点信息，计算所述无人机相对于所述规划航线的位置调整量，并将所述位置调整量发送至所述无人机，以引导所述无人机着陆。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第一种可能的实施方式，其中，所述多光谱传感器包括PSD传感器；

所述PSD传感器用于瞄准所述无人机上的PSD光源，并输出所述PSD传感器的瞄准中心与所述PSD光源的跟踪中心与之间第一像素差，并将所述第一像素差发送至所述转塔平台。

结合第一方面第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第二种可能的实施方式，其中，所述多光谱传感器包括摄像机，与所述摄像机连接的多光谱图像跟踪板；

所述摄像机用于拍摄所述无人机，并将所述无人机的拍摄数据发送至所述多光谱图像跟踪板；

所述多光谱图像跟踪板用于根据所述无人机的拍摄数据计算所述摄像机的拍摄中心与所述无人机的跟踪中心之间的第二像素差，并将所述第二像素差发送至所述转塔平台。

结合第一方面第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第三种可能的实施方式，其中，所述多光谱传感器还包括光学接口板，所述光学接口板用于为所述PSD传感器和所述摄像机供电，并完成所述转塔平台和所述PSD传感器、所述转塔平台和所述摄像机之间的通讯。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第四种可能的实施方式，其中，所述转塔平台包括伺服控制板，分别与所述伺服控制板连接的电机和角度传感器；

所述伺服控制板用于根据所述像素差与所述多光谱传感器的瞄准焦距，计算所述多光谱传感器与所述无人机之间的偏差角度，并根据所述偏差角度向所述电机发送电机控制信号；

所述电机用于在所述电机控制信号的控制下带动所述着陆引导转塔旋转，以调整所述多光谱传感器的瞄准方向，使所述多光谱传感器的瞄准中心与所述无人机的跟踪中心重合；

所述角度传感器用于检测所述多光谱传感器的当前瞄准方向；

所述伺服控制板还用于采集所述多光谱传感器的当前瞄准方向，并将所述多光谱传感器的当前瞄准方向发送至所述操控显示台。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第五种可能的实施方式，其中，所述操控显示台包括数据解算板，与所述数据解算板连接的上位机；

所述上位机用于接收无人机地面站发送的所述无人机的GPS信息和所述无人机的规划航线的航点信息，并接收所述转塔平台发送的所述多光谱传感器的当前瞄准方向，并确定所述着陆引导转塔的GPS信息；所述上位机还将所述无人机的GPS信息、所述无人机的规划航线的航点信息、所述多光谱传感器的当前瞄准方向以及所述着陆引导转塔的GPS信息发送至所述数据解算板；

所述数据解算板用于根据所述多光谱传感器的当前瞄准方向、所述无人机的GPS信息、所述着陆引导转塔的GPS信息和所述无人机的规划航线的航点信息，计算所述无人机相对于所述规划航线的位置调整量，并将所述位置调整量通过所述上位机发送至所述无人机地面站，以引导所述无人机着陆。

结合第一方面第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第六种可能的实施方式，其中，所述操控显示台还包括操控手柄，用于在用户的操控下生成操控指令，并将所述操控指令通过所述上位机发送给所述转塔平台，以使所述转塔平台根据所述操控指令进行相应的控制。

结合第一方面第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第七种可能的实施方式，其中，所述操控显示台还包括显示器，用于显示所述无人机的图像数据、所述多光谱传感器的瞄准中心、所述转塔平台的状态信息和所述多光谱传感器的状态信息。

结合第一方面第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第八种可能的实施方式，其中，所述摄像机包括红外摄像机和/或可见光摄像机。

结合第一方面、第一方面第一种至第八种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第九种可能的实施方式，其中，所述着陆引导转塔放置在所述降落跑道的中心位置，所述着陆引导转塔的方位零位对准所述降落跑道的中心，所述着陆引导转塔的俯仰零位平行于所述降落跑道所在地平面。

对于无人机而言，每个无人机都具有规划航线，当无人机按照规划航线着陆时，能够保证着陆的准确性和安全性。本实施例中，通过操控显示台能够计算出无人机相对于规划航线的位置调整量，并将该位置调整量发送至无人机。无人机根据其自身相对于规划航线的位置调整量，能够调整飞行的高度和位置，从而使自身尽量按照规划航线着陆。可见，通过本实施中的系统能够使无人机尽量按照规划航线着陆，从而保证无人机安全准确的降落在跑道上，缓解无人机降落时坠地、擦伤或者划出跑道的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的无人机着陆引导系统的第一种结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的无人机着陆引导系统的第二种结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的数据解算板的计算原理示意图；

图4示出了本发明实施例提供的无人机着陆引导系统的应用场景示意图。

附图说明：

着陆引导转塔10，操控显示台20，无人机地面站30，无人机40。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中，通过GPS传感器实现无人机降落时，无人机无法安全可靠的降落的问题，本发明提供了无人机着陆引导系统，能够保证无人机安全准确的降落在跑道上，从而缓解无人机降落时坠地、擦伤或者划出跑道的问题。下面通过实施例详细介绍本发明中的无人机着陆引导系统。

参见图1所示的无人机着陆引导系统，该系统包括着陆引导转塔10和操控显示台20，着陆引导转塔10与操控显示台20信号连接，着陆引导转塔10设置于无人机的降落跑道上，着陆引导转塔10包括：

多光谱传感器100，多光谱传感器100的初始瞄准方向沿降落跑道的延伸方向，且与降落跑道平行，多光谱传感器100用于瞄准无人机，并计算多光谱传感器100的瞄准中心与无人机的跟踪中心之间的像素差；

与多光谱传感器100连接的转塔平台101，用于根据上述像素差与多光谱传感器100的瞄准焦距，调整多光谱传感器100的瞄准方向，以使多光谱传感器100的瞄准中心与无人机的跟踪中心重合；以及将多光谱传感器100的当前瞄准方向发送至操控显示台20；

操控显示台20用于根据多光谱传感器100的当前瞄准方向、无人机的GPS信息、着陆引导转塔10的GPS信息和无人机的规划航线的航点信息，计算无人机相对于规划航线的位置调整量，并将位置调整量发送至无人机，以引导无人机着陆。

对于无人机而言，每个无人机都具有规划航线，当无人机按照规划航线着陆时，能够保证着陆的准确性和安全性。本实施例中，通过操控显示台20能够计算出无人机相对于规划航线的位置调整量，并将该位置调整量发送至无人机。无人机根据其自身相对于规划航线的位置调整量，能够调整飞行的高度和位置，从而使自身尽量按照规划航线着陆。可见，通过本实施中的系统能够使无人机尽量按照规划航线着陆，从而保证无人机安全准确的降落在跑道上，缓解无人机降落时坠地、擦伤或者划出跑道的问题。

本发明实施例中，多光谱传感器100的初始瞄准方向沿降落跑道的延伸方向，且与降落跑道平行。由此可以知道，多光谱传感器100的初始瞄准方向就是多光谱传感器100与降落跑道之间的俯仰角和方位角分别为0度的方向。

多光谱传感器100的瞄准中心用来表征多光谱传感器100的瞄准方向，无人机的跟踪中心用来表征无人机在天空中的位置。当多光谱传感器100的瞄准中心与无人机的跟踪中心重合时，说明多光谱传感器100的光学镜头正对无人机，此时多光谱传感器100的当前瞄准方向，即多光谱传感器100与降落跑道之间的俯仰角和方位角，就等于无人机与降落跑道之间的俯仰角和方位角。本实施例中，多光谱传感器100的瞄准中心优选多光谱传感器100的光学镜头的中心，无人机的跟踪中心优选无人机的几何中心。

本实施例中，无人机相对于规划航线的位置调整量包括无人机的高度调整量和方位调整量。其中方位调整量指无人机高度不变时沿机翼轴线两个方向的调整量。

如图2所示的无人机着陆引导系统，多光谱传感器100包括PSD(PositionSensitivedetector，位置敏感检测器)传感器1001，PSD传感器1001用于瞄准无人机上的PSD光源，并输出PSD传感器1001的瞄准中心与PSD光源的跟踪中心与之间第一像素差，并将第一像素差发送至转塔平台。

具体地，无人机上PSD光源主要为PSD传感器1001提供光源信息，由于PSD传感器1001可以接收的光谱较为广泛(敏感波长范围380um～1100um),所以很多市场上通用的强光光电二极管即可作为PSD光源。在一种优选的实施方式中，PSD传感器1001的瞄准中心为PSD传感器1001的几何中心，PSD光源的跟踪中心为PSD光源的几何中心。PSD光源位于无人机的几何中心处。

本实施例中，通过PSD传感器1001瞄准无人机内的PSD光源，基于PSD传感器1001的位置敏感特性，能够根据无人机中PSD光源的图像数据，输出图像数据中PSD传感器1001的瞄准中心与PSD光源的跟踪中心之间的第一像素差。由于PSD光源设置于无人机上，因此PSD传感器1001的瞄准中心与PSD光源的跟踪中心之间的第一像素差就相当于PSD传感器1001的瞄准中心与无人机之间的第一像素差。PSD传感器1001还将第一像素差发送至转塔平台101中的伺服控制板1011。

本实施例中，通过设置PSD传感器1001能够确定PSD传感器1001与无人机之间的第一像素差，为后续调节多光谱传感器的瞄准方向打下基础。

如图2所示的无人机着陆引导系统，多光谱传感器100还包括摄像机，与摄像机连接的多光谱图像跟踪板1004，摄像机用于拍摄无人机，并将无人机的拍摄图像数据发送至多光谱图像跟踪板1004，多光谱图像跟踪板1004用于根据无人机的拍摄数据计算摄像机的拍摄中心与无人机的跟踪中心之间的第二像素差，并将第二像素差发送至转塔平台101。

具体地，摄像机包括可见光摄像机1003和红外摄像机1002，可见光摄像机1003将拍摄无人机时生成的可见光拍摄数据发送至多光谱图像跟踪板1004，红外摄像机1002将拍摄无人机时生成的红外拍摄数据发送至多光谱图像跟踪板1004。

多光谱图像跟踪板1004是一块集成电路板，其内部预设有程序，通过该程序能够根据红外拍摄数据计算红外摄像机1002的拍摄中心和无人机的跟踪中心之间的红外像素差，还能够根据可见光拍摄数据计算可见光摄像机1003的拍摄中心和无人机的跟踪中心之间的可见光像素差。红外像素差和可见光像素差统称为第二像素差。多光谱图像跟踪板1004还将红外像素差和可见光像素差发送至转塔平台101中的伺服控制板1011。

以红外摄像机1002为例，多光谱图像跟踪板1004根据红外拍摄数据计算红外摄像机1002的拍摄中心和无人机的跟踪中心之间的红外像素差的具体过程如下。

多光谱图像跟踪板1004根据红外拍摄数据生成无人机的红外图片，并在无人机的红外图片中、在无人机上标记出无人机的跟踪中心，无人机的跟踪中心优选无人机的几何中心。多光谱图像跟踪板1004还通过其内部预设的程序在无人机的图片中标记出红外摄像机1002的拍摄中心，优选红外图片上的中心点为红外摄像机1002的拍摄中心。多光谱图像跟踪版还能够通过其内部预设的程序和算法，根据红外图片上红外摄像机1002的拍摄中心和无人机的跟踪中心之间的位置关系，计算得到红外摄像机1002的拍摄中心与无人机的跟踪中心之间的红外像素差。如红外摄像机1002的拍摄中心距离无人机的跟踪中心左右方向偏5个像素上下方向偏2个像素。多光谱图像跟踪板1004计算可见光像素差的过程与计算红外像素差的过程类似，这里不再赘述。

本实施例中，通过安装可见光摄像机1003和红外摄像机1002能够确定可见光像素差和红外像素差，为后续调节多光谱传感器的瞄准方向打下基础。

如图2所示，多光谱传感器100还包括光学接口板1005，光学接口板1005用于为PSD传感器1001和摄像机供电，并完成转塔平台101和PSD传感器1001、转塔平台101和摄像机之间的通讯。

具体地，光学接口板1005用于为红外摄像机1002、可见光摄像机1003和PSD传感器1001供电，还用于将来自伺服控制板1011的红外摄像机操控指令、可见光摄像机操控指令、PSD传感器操控指令分别发送至PSD传感器1001、红外摄像机1002和可见光摄像机1003，还用于将PSD传感器1001的焦距、红外摄像机1002的拍摄视场及焦距、可见光摄像机1003的拍摄视场及焦距发送至伺服控制板1011。

本实施例中，通过光学接口板1005集中为PSD传感器1001和摄像机供电，并利用光学接口板1005进行通讯，能够减少系统内线缆数量，并合理模块化一些电路板功能。

如图2所示，本实施例中，转塔平台101包括伺服控制板1011，分别与伺服控制板1011连接的电机1012和角度传感器1013。伺服控制板1011用于根据多光谱传感器100发送的像素差与多光谱传感器100的瞄准焦距，计算多光谱传感器100与无人机之间的偏差角度，并根据偏差角度向电机1012发送电机控制信号；电机1012用于在电机控制信号的控制下带动着陆引导转塔10旋转，以调整多光谱传感器100的瞄准方向，使多光谱传感器100的瞄准中心与无人机的跟踪中心重合；角度传感器1013用于检测多光谱传感器100的当前瞄准方向；伺服控制板1011还用于采集多光谱传感器100的当前瞄准方向，并将多光谱传感器100的当前瞄准方向发送至操控显示台20。

具体地，伺服控制板1011根据PSD传感器1001发送的第一像素差和光学接口板1005发送的PSD传感器1001的瞄准焦距，计算PSD传感器1001与无人机之间的PSD偏差角度。伺服控制板1011还根据多光谱图像跟踪板1004发送的红外像素差和光学接口板1005发送的红外摄像机1002的拍摄焦距，计算红外摄像机1002与无人机之间的红外偏差角度。伺服控制板1011还根据多光谱图像跟踪板1004发送的可见光像素差和光学接口板1005发送的可见光摄像机1003的拍摄焦距，计算可见光摄像机1003与无人机之间的红外偏差角度。

这里PSD偏差角度、红外偏差角度和可见光偏差角度中的任意一个均能表征多光谱传感器100与无人机之间的偏差角度。多光谱传感器100与无人机之间的偏差角度就是多光谱传感器100与无人机之间的方位偏差角度和俯仰偏差角度。

伺服控制板1011根据PSD偏差角度、红外偏差角度和可见光偏差角度中的任意一个生成PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)控制信号，经光耦隔离后发送至电机1012，经电机1012内的芯片放大后控制电机1012旋转。着陆引导转塔10工作过程中，多光谱传感器100自身相对于着陆引导转塔10不发生转动。电机1012旋转时，能够带动着陆引导转塔10旋转，从而改变多光谱传感器100的瞄准方向，使多光谱传感器100的瞄准中心与无人机的跟踪中心重合。本实施例中，可以设置两个电机1012，分别根据偏差角度中的方位偏差角度和俯仰偏差角度进行旋转，从而改变多光谱传感器100的瞄准方向。

当多光谱传感器100的瞄准中心与无人机的跟踪中心重合时，说明多光谱传感器100的瞄准方向正对无人机。由于多光谱传感器100的初始瞄准方向与降落跑道之间的俯仰角和方位角都为0度，因此当多光谱传感器100的瞄准方向正对无人机，多光谱传感器100的当前瞄准方向，即多光谱传感器100与降落跑道之间的俯仰角和方位角，即相对于无人机与降落跑道之间的方位角和俯仰角。

本实施例中，角度传感器1013包括高精度角度传感器。角度传感器1013设置于转塔平台101内，角度传感器1013用于检测多光谱传感器100的瞄准方向，即多光谱传感器100与降落跑道之间的俯仰角和方位角。当多光谱传感器100瞄准无人机时，角度传感器1013能够检测得到多光谱传感器100的当前瞄准方向，伺服控制板1011采集到角度传感器1013测量出的多光谱传感器100的当前瞄准角度。如伺服控制板1011采集到角度传感器1013测量的多光谱传感器100的当前瞄准方向“俯仰角20度，偏东方位角50度”。伺服控制板1011还将多光谱传感器100的当前瞄准方向发送至操控显示台20中的上位机22。

本实施例中，通过伺服控制板1011、电机1012和角度传感器1013能够根据第一像素差和第二像素差计算得到多光谱传感器与无人机之间的偏差角度，并调整多光谱传感器的瞄准方向，使多光谱传感器的瞄准中心与无人机的跟踪中心重合，从而瞄准无人机。

本实施例中，通过多光谱传感器100和转塔平台101能够准确瞄准飞行中的无人机，并获知无人机相对于降落跑道之间的方位角和俯仰角。本实施例中的伺服控制板1011采用伺服控制原理，能够不断驱动多光谱传感器100瞄准无人机。

本实施例中，伺服控制板1011还将需叠加字符的系统状态信息和多光谱图像跟踪板操控指令发送至多光谱图像跟踪板1004。

如图2所示，操控显示台20包括数据解算板21，与数据解算板21连接的上位机22。上位机22用于接收无人机地面站发送的无人机的GPS信息和无人机的规划航线的航点信息，并接收转塔平台101发送的多光谱传感器100的当前瞄准方向，并确定着陆引导转塔10的GPS信息。上位机22还将无人机的GPS信息、无人机的规划航线的航点信息、多光谱传感器100的当前瞄准方向以及着陆引导转塔10的GPS信息发送至数据解算板21。数据解算板21用于根据多光谱传感器100的当前瞄准方向、无人机的GPS信息、着陆引导转塔10的GPS信息和无人机的规划航线的航点信息，计算无人机相对于规划航线的位置调整量，并将位置调整量通过上位机22发送至无人机地面站，以引导无人机着陆。

具体地，无人机地面站从无人机处获取无人机的GPS信息，并将无人机的GPS信息发送至上位机22。上位机22自身能够确定着陆引导转塔的GPS信息。数据解算板21将位置调整量发送至上位机22，由上位机22发送至无人机地面站，以引导无人机着陆。

图3是数据解算板21计算无人机相对于规划航线的位置调整量的原理示意图。图3中，着陆引导转塔10的方位零线可以认为是降落跑道的中间位置线。无人机处于规划航线时，认为无人机处于降落跑道中心线的正上方。

A2表示无人机处于实际航行位置时，着陆引导转塔10瞄准无人机时，着陆引导转塔10与降落跑道之间的方位角。B2表示无人机处于实际航行位置时，着陆引导转塔10瞄准无人机时，着陆引导转塔10与降落跑道之间的俯仰角。Z2表示无人机处于实际航行位置时，无人机的实际高度值。S2+S3为无人机处于实际位置点时与着陆引导转塔10之间的距离。由于机载GPS存在定位误差，无人机降落时系统会判定S2+S3＝S1，其中S2表示由GPS定位误差引起的误差距离，S3表示无误差的无人机与着陆引导转塔10之间的距离。

当数据解算板21计算时，数据解算板21通过读取多光谱传感器100的当前瞄准方向能够获知B2和A2。数据计算板通过读取无人机实际的GPS数值和着陆引导转塔10的GPS数值可以计算出S2+S3、Z2。

图3中，B1表示无人机在处于规划航线时，着陆引导转塔10与降落跑道之间的俯仰角。S1为无人机处于规划航线时与着陆引导转塔10之间的理论距离。Z1表示无人机处于规划航线时的理论高度数值。当数据解算板21计算时，数据解算板21通过读取规划航线的航点信息能够获知距离S1与高度Z1，通过距离S1与高度Z1可以计算出规划航线的起降俯仰角度值B1。

无人机为了拟合规划航线，无人机在Y方向的调整距离Y1通过以下公式计算：

$Y1=\sqrt{S{1}^2+{(S2+S3)}^2-2\×S1\×(S2+S3)\×COS(A2}).$

Z方向的调整距离Z3通过以下公式计算：

Z3＝Z2-Z1＝(S2+S3)×tg(B2)-Z1。

数据计算板将Y1和Z3两个调整量计算完毕后，通过无人机地面站发送到无人机飞行控制系统，无人机根据这两个数据调整无人机状态拟合设定的降落曲线，直至安全降落。

对于调节量Y1，实际无误差时应调节量为

$Y2=\sqrt{S{1}^2+S{3}^2-2\×S1\×S3\×COS(A2}).$

则 $\frac{Y1}{Y2}=\sqrt{\frac{S{1}^2+{(S2+S3)}^2-2\×S1\×(S2+S3)\×COS\left(A2\right)}{S{1}^2+S{3}^2-2\×S1\×S3\×COS\left(A2\right)}}$

$\frac{Y1}{Y2}=\sqrt{\frac{S{1}^2+S{3}^2-2\×S1\×S3\×COS\left(A2\right)+2\×S1\×S2+S{2}^2-2\×S1\×S2\×COS\left(A2\right)}{S{1}^2+S{3}^2-2\×S1\×S3\×COS\left(A2\right)}}$

$\frac{Y1}{Y2}=\sqrt{1+\frac{2\×S1\×S2+S{2}^2-2\×S1\×S2\×COS\left(A2\right)}{S{1}^2+S{3}^2-2\×S1\×S3\×COS\left(A2\right)}}$

$\frac{Y1}{Y2}=\sqrt{1+\frac{2\×\frac{S2}{S1}+{\left(\frac{S2}{S1}\right)}^2-2\×\frac{S2}{S1}\×COS\left(A2\right)}{1+{\left(\frac{S3}{S1}\right)}^2-2\×\frac{S3}{S1}\×COS\left(A2\right)}}.$

当S2远小于S1时，上述公式中趋近于0，所以Y1≈Y2，所以引入的误差得到极大的减小。

对于调节量Z2，由于B2为着陆引导转塔10对飞机的实际测量值，Z1是理论理想值，S3为实际的真实距离数值，所以上述3个参数不存在误差。其实际引入的误差值Z3＝S2×tg(B2)。当飞机与转塔的距离远大于飞机与地面的高度Z2时，使得B2远小于45°，进而使tg(B2)远小于1，从而使得引入的误差Z3远小于S2，从而达到提高降落精度的目的。因此，本实施例中，优选将着陆引导转塔10放置于远离飞机着陆点的位置。

以上是一种数据解算板的计算方法和误差评估方法，实际操作中计算方法有多种，这里只是示意性举例。本实施例中，通过数据解算板和上位机能够计算得到无人机相对于规划航线的位置调整量，从而便于引导无人机着陆。

如图2所示，操控显示台20还包括操控手柄23，用于在用户的操控下生成操控指令，并将该操控指令通过上位机22发送转塔平台101，以使转台平台和搭载的多光谱传感器100根据上述操控指令进行相应的控制。

具体地，本实施例中，操控手柄23上设置有多个操控按钮，操作人员通过操控手柄23上的操控按钮可以向上位机22发送操控指令，上位机22将该操控指令转发至转塔平台101中的伺服控制板1011，从而使伺服控制板1011进行相应的控制。操控指令包括转塔平台操控指令、多光谱传感器操控指令、可见光摄像机操控指令、多光谱图像跟踪板操控指令、红外摄像机操控指令和PSD传感器操控指令。

本实施例中用户在引导无人机降落时，操作人员可以首先通过操控手柄23向伺服控制板1011发送转塔平台操控指令、转塔平台操控指令包括电机调节信号，伺服控制板1011根据该电机调节信号控制电机1012旋转，从而人工调节多光谱传感器100的瞄准方向，并使多光谱传感器100的瞄准方向对准无人机，在对准无人机后，通过操控手柄23向伺服控制板1011发送多光谱传感器操控指令，调节红外摄像机1002或可见光摄像机1003的焦距，使无人机图像占据操控显示台20的屏幕适合大小。此时按下自动引导按钮，这时着陆引导转塔10进入到自动跟踪目标并引导目标的模式，后续着陆引导转塔10便可以自动跟踪并锁定无人机直至降落。

本实施例中用户在引导无人机降落时，如果发现无人机的跟踪中心位置过于偏离无人机的几何形状中心，如无人机的跟踪中心处于无人机的机翼上，容易使无人机无法准确降落在降落跑道上，可以通过操控手柄23向伺服控制板1011发送多光谱图像跟踪板操控指令，多光谱图像跟踪板操控指令包括无人机跟踪中心调节信号，伺服控制板1011将该无人机跟踪中心调节信号发送给多光谱图像跟踪板1004，从而使得多光谱图像跟踪板1004重新设置无人机的跟踪位置。本实施例中，通过设置操控手柄23能够便于用户控制着陆引导系统的工作情况。

参考如图3所示的无人机着陆引导系统，操控显示台20还包括显示器24，用于显示无人机的图像数据、多光谱传感器的瞄准中心、转塔平台的状态信息和多光谱传感器的状态信息。其中，转塔平台的状态信息和多光谱传感器的状态信息包括转塔平台瞄准方向的角度信息、多光谱传感器的视场大小及红外摄像机的黑热白热状态信息等。

具体地，显示器24接收多光谱图像跟踪板1004发送的经字符叠加的红外与可见光视频信号，经字符叠加的红外与可见光视频信号包括转塔平台瞄准方向的角度信息、多光谱传感器的视场大小及红外摄像机的黑热白热状态信息等。本实施例中，显示器24能够便于用户观看着陆引导系统的工作情况，了解转塔平台101和多光谱传感器100的工作状态，方便用户控制无人机着陆。

本实施例中，为了起到较好的引导着陆效果，优选着陆引导转塔10放置在降落跑道的中心位置，着陆引导转塔10的方位零位对准降落跑道的中心，着陆引导转塔10的俯仰零位平行于降落跑道所在地平面。着陆引导转塔10优选放置在远离无人机着陆点的地方。

参考如图4所示的无人机着陆引导系统的应用场景示意图，其中无人机40内设置有机载计算机控制飞行器和机载光源。图4中，操控显示台20与着陆引导转塔10信号通信，操控显示台20与无人机地面站30信号通信，无人机地面站30与无人机40上的机载计算机控制飞行器信号通信。通过操控显示台20能够将无人机40相对于规划航线的位置调整量发送至无人机地面站30，从而通过无人机地面站30发送至无人机40，以引导无人机40准确着陆。图4中，操控显示台20可以与无人机地面站30合为一体，从而通过无人机地面站30控制无人机的飞行，并控制着陆引导转塔10的工作情况。

本实施例中，在多光谱传感器100中，通过红外摄像机、可见光摄像机和PSD传感器中的任意一种均可以确定无人机相对于降落跑道的俯仰角和方位角，同时设置红外摄像机、可见光摄像机和PSD传感器能够减小各种跟踪算法和不同环境引起的误差，从而提高降落的可靠性与准确性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.无人机着陆引导系统，其特征在于，所述系统包括着陆引导转塔和操控显示台，所述着陆引导转塔与所述操控显示台信号连接，所述着陆引导转塔设置于无人机的降落跑道上，所述着陆引导转塔包括：

多光谱传感器，所述多光谱传感器的初始瞄准方向沿所述降落跑道的延伸方向，且与所述降落跑道平行，所述多光谱传感器用于瞄准所述无人机，并计算所述多光谱传感器的瞄准中心与所述无人机的跟踪中心之间的像素差；

与所述多光谱传感器连接的转塔平台，用于根据所述像素差与所述多光谱传感器的瞄准焦距，调整所述多光谱传感器的瞄准方向，以使所述多光谱传感器的瞄准中心与所述无人机的跟踪中心重合；以及将所述多光谱传感器的当前瞄准方向发送至所述操控显示台；

所述操控显示台用于根据所述多光谱传感器的当前瞄准方向、所述无人机的GPS信息、所述着陆引导转塔的GPS信息和所述无人机的规划航线的航点信息，计算所述无人机相对于所述规划航线的位置调整量，并将所述位置调整量发送至所述无人机，以引导所述无人机着陆。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多光谱传感器包括PSD传感器；

所述PSD传感器用于瞄准所述无人机上的PSD光源，并输出所述PSD传感器的瞄准中心与所述PSD光源的跟踪中心与之间第一像素差，并将所述第一像素差发送至所述转塔平台。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多光谱传感器包括摄像机，与所述摄像机连接的多光谱图像跟踪板；

所述摄像机用于拍摄所述无人机，并将所述无人机的拍摄数据发送至所述多光谱图像跟踪板；

所述多光谱图像跟踪板用于根据所述无人机的拍摄数据计算所述摄像机的拍摄中心与所述无人机的跟踪中心之间的第二像素差，并将所述第二像素差发送至所述转塔平台。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多光谱传感器还包括光学接口板，所述光学接口板用于为所述PSD传感器和所述摄像机供电，并完成所述转塔平台和所述PSD传感器、所述转塔平台和所述摄像机之间的通讯。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转塔平台包括伺服控制板，分别与所述伺服控制板连接的电机和角度传感器；

所述伺服控制板用于根据所述像素差与所述多光谱传感器的瞄准焦距，计算所述多光谱传感器与所述无人机之间的偏差角度，并根据所述偏差角度向所述电机发送电机控制信号；

所述电机用于在所述电机控制信号的控制下带动所述着陆引导转塔旋转，以调整所述多光谱传感器的瞄准方向，使所述多光谱传感器的瞄准中心与所述无人机的跟踪中心重合；

所述角度传感器用于检测所述多光谱传感器的当前瞄准方向；所述伺服控制板还用于采集所述多光谱传感器的当前瞄准方向，并将所述多光谱传感器的当前瞄准方向发送至所述操控显示台。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述操控显示台包括数据解算板，与所述数据解算板连接的上位机；

所述上位机用于接收无人机地面站发送的所述无人机的GPS信息和所述无人机的规划航线的航点信息，并接收所述转塔平台发送的所述多光谱传感器的当前瞄准方向，并确定所述着陆引导转塔的GPS信息；所述上位机还将所述无人机的GPS信息、所述无人机的规划航线的航点信息、所述多光谱传感器的当前瞄准方向以及所述着陆引导转塔的GPS信息发送至所述数据解算板；

所述数据解算板用于根据所述多光谱传感器的当前瞄准方向、所述无人机的GPS信息、所述着陆引导转塔的GPS信息和所述无人机的规划航线的航点信息，计算所述无人机相对于所述规划航线的位置调整量，并将所述位置调整量通过所述上位机发送至所述无人机地面站，以引导所述无人机着陆。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述操控显示台还包括操控手柄，用于在用户的操控下生成操控指令，并将所述操控指令通过所述上位机发送给所述转塔平台，以使所述转塔平台根据所述操控指令进行相应的控制。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述操控显示台还包括显示器，用于显示所述无人机的图像数据、所述多光谱传感器的瞄准中心、所述转塔平台的状态信息和所述多光谱传感器的状态信息。

9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述摄像机包括红外摄像机和/或可见光摄像机。

10.根据权利要求1至9任一项所述的系统，其特征在于，所述着陆引导转塔放置在所述降落跑道的中心位置，所述着陆引导转塔的方位零位对准所述降落跑道的中心，所述着陆引导转塔的俯仰零位平行于所述降落跑道所在地平面。