CN108829139B - 一种无人机海上着陆的船载控制方法 - Google Patents

一种无人机海上着陆的船载控制方法 Download PDF

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Abstract

为了解决现有无人机海上着陆时可能会损坏机体部件的问题，本发明提供一种能够有效地消除对无人机造成损坏的可能性的无人机海上着陆的船载控制方法。本发明根据采集的无人机图像信息、捕捉装置与无人机的距离信息和船舶的摇晃参数信息，自动对无人机的轨迹进行修正，同时还引入半自动着陆模式，通过对监视器中的图像的监控，通过第一系数调节旋钮和第二系数调节旋钮的输入，对无人机的轨迹进行修正，保障高精度地引导无人机飞向捕捉装置，即，实现自动或半自动的模式进行着陆控制，在当着陆失败时，可以进行二次着陆，能够有效地消除对无人机造成损坏的可能性。

Description

一种无人机海上着陆的船载控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种无人机海上着陆的船载控制方法，属于无人机海上着陆控制领域。
背景技术
无人机的快速发展决定了其不仅可以用于解决陆地上的问题，而且还可以用于解决海上问题。遗憾的是，目前无人机的海上应用还十分困难。这很大程度上受限于无人机的海上着陆技术。无人机在船舶上着陆受到多种因素的制约，如甲板的尺寸、海浪的大小、风速等。因此，研究无人机在船舶上的应用技术是一个十分有现实意义课题。
当无人机在小型船舶上进行着陆时，船舶将面临着特殊的操作和技术问题，其中，解决无人机着陆设备在船舶上的合理布局问题具有重要意义。例如，铺设跑道，无人机在跑道上完成着陆和后续的制动任务。然而需要考虑一个重要的事实，即，该方案通常需要改变船体的结构，如船上建筑、导航设备、装载设施等等，以便得到必要的安装空间。在多数情况下，这并不总是可以被接受的，特备是对军舰而言，船体结构的改变可能会导致其技术和使用特性的变化。
学者提出了一些用于解决着陆装置在船舶甲板上安装问题方案。第一种着陆方案是在水上平台上进行起降。显而易见，这不会引起船舶结构的不利变化，但会极大地影响其使用性能，同时，这一方法需要安装附加的设备，借助该附加设备实现水上着陆平台的上升，并将其提升到船上。此外，还存在海浪作用下的水上着陆平台的稳定问题，对于上升过程尤为重要。第二种着陆方案是借助于专用的降落伞或气球实现无人机的水上着陆。这种方法最为简单和低成本，但主要缺点是通常需要对海水腐蚀的设备进行修复。第三种着陆方案是在甲板上安装一个特殊的网，借助于这个特殊的网完成无人机的捕捉(着陆)任务。这种方法与前一种方法相比具有以下优点：除了安装在捕捉网络后面悬架上的光电传感器，几乎不需要附加的设备，光电传感器可以确保无人机减速飞向捕捉网。这个方法唯一的缺点是当机身与捕捉网接触时可能会损坏机体部件。一种解决方案是安装特殊的缓冲装置，可以减轻着陆时的冲击作用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有无人机海上着陆时可能会损坏机体部件的问题，本发明提供一种能够有效地消除对无人机造成损坏的可能性的无人机海上着陆的船载控制方法。
本发明的无人机海上着陆的船载控制方法，所述控制方法基于控制系统实现，所述控制系统包括：图像采集装置6、测距仪7、横梁8和摇晃参数测量模块14；
图像采集装置6、测距仪7、捕捉装置5均安装在横梁8的一端，横梁8的另一端固定在船舶上，该横梁8能在水平和垂直平面内转动；
图像采集装置6，用于采集无人机的图像信息；
测距仪7，用于测量与无人机的距离；根据该距离及测距仪与捕捉装置5的距离，获得捕捉装置5与无人机的距离信息；
摇晃参数测量模块14，用于采集船舶的摇晃参数信息；
采集信息接收模块，用于接收图像采集装置采集的无人机图像信息、捕捉装置与无人机的距离信息和船舶的摇晃参数信息；
无人机位置确定模块，用于根据接收的距离信息和无人机图像信息，确定无人机的位置坐标；
盲视距离估计模块29，用于根据接收的距离信息，估计出无人机最小跟踪距离；
瞄准点位置预测模块，用于根据接收的距离信息和船舶的摇晃参数信息，预测出瞄准点的位置；所述瞄准点设置在捕捉装置上；
固定结构参数存储模块，用于存储船舶及控制系统结构的常量参数；
轨迹校正信号生成模块30，分别与采集信息接收模块、盲视距离估计模块29、瞄准点位置预测模块和固定结构参数存储模块连接，用以根据确定的无人机位置坐标、估计出的无人机最小跟踪距离、预测出的瞄准点的位置和相应船舶结构的常量参数，获取水平和垂直平面内轨迹校正信号；
监视器10，用于显示图像采集装置的视频信号；
画面稳定信号生成模块32，分别与图像采集装置6、测距仪7、摇晃参数测量模块14和固定结构参数存储模块34连接，用于利用船舶的摇晃参数、捕捉装置与无人机的距离信息补偿对无人机图像的影响，生成平面ZY、XZ或XY内稳定的无人机图像信号；
轨迹图像投影生成模块33，分别与画面稳定信号生成模块32、测距仪7和无人机位置确定模块连接，用以根据捕捉装置与无人机的距离信息和无人机的位置坐标，将生成的稳定的无人机图像信号转换为轨迹图像投影信号；
图像投影切换开关37，分别与轨迹图像投影生成模块33和图像采集装置6连接，用于利用四个触点分别控制监视器显示图像采集装置6采集的图像、平面ZY内的图像、XZ内的图像和XY内的图像；
控制模式切换开关38，用于控制为自动着陆模式或者半自动模式，轨迹校正信号生成模块30输出轨迹校正信号；半自动模式时，借助第一系数调节旋钮40和第二系数调节旋钮41，轨迹校正信号生成模块30输出轨迹校正信号；
视野调节旋钮39，用于输入图像采集装置的视场角；
电视摄像机的视野确定模块31，分别与摇晃参数测量模块14和固定结构参数存储模块34连接，用以根据船舶的摇晃参数和船舶结构的相应常量参数，获取在当前摇晃条件下观测及跟踪无人机所需的视野信号；
加法器36，分别与视野调节旋钮39和电视摄像机的视野确定模块31连接，用以利用输入的视野控制信号补偿获取的视野信号，获取图像采集装置的视野控制信号，将所述视野控制信号发送至图像采集装置；
第一系数调节旋钮40，用以输入对无人机轨迹校正时垂直平面校正角的反馈系数Kyθ的调节信号；
第二系数调节旋钮41，用以输入对无人机轨迹校正时水平平面校正角的反馈系数Kyψ的调节信号；
控制和反馈回路调谐模块35，分别与第一系数调节旋钮40、第二系数调节旋钮41和控制和反馈回路调谐模块35连接，用以从固定结构参数储存模块34中提取无人机轨迹校正时垂直平面校正角和水平平面校正角的反馈系数设定值
Figure BDA0001742490820000031
和
Figure BDA0001742490820000032
并利用输入的调节信号分别调节相应的
Figure BDA0001742490820000033
和
Figure BDA0001742490820000034
获得无人机轨迹校正时水平平面校正角和垂直平面校正角的反馈系数Kyψ和Kyθ，输入至轨迹校正信号生成模块30；
所述控制方法包括如下步骤：
步骤1、着陆准备：启动横梁8，将横梁8调整到船舶体外侧位置；
步骤2、设置参数：调整需要调整的参数；
步骤3、视频监视：图像投影切换开关37被设置在第1个接触点，图像采集装置观测到的内容被直接传送到监视器10的屏幕上，通过视野调节旋钮39向图像采集装置的透镜变焦机构施加电压，从而改变图像采集装置的视场角，根据需求使无人机的期望观测区域视角变窄或扩大；
步骤4：着陆的自动控制：当无人机出现在期望观测区域后，控制模式切换开关38的模式设定在第1触点位置，而图像投影开关37的模式可以设定在4个触点位置的任意1个，控制系统发出轨迹校正信号校正无人机的轨迹，使无人机与捕捉装置上的瞄准点对接，实现捕获；
步骤5：进近着陆轨迹控制：在无人机与船舶的进近轨迹控制阶段，监视器10显示的图像变为稳定，并显示出无人机和瞄准点位置的标识，当标识的位置与观测到的无人机图像相吻合，将控制模式切换开关38切换到第2个触点，进入半自动着陆模式，将开关37设置在2，3或4触点的位置，显示平面ZY内的图像、XZ内的图像或XY内的图像；在观测无人机和船舶接近轨迹时，利用第一系数调节旋钮40和第二系数调节旋钮41改变系数Kyθ和Kyψ的值，实现增强或减弱无人机运动轨迹趋近于理想轨迹的补偿作用，同时控制横梁8的转动，使无人机海上着陆。
优选的是，所述步骤5中，还包括：在捕获时刻无人机距离理想轨迹的初始偏差较小，通过视野调节旋钮39改变图像采集装置6的视场角，实现增加视野尺寸，便于控制。
优选的是，所述摇晃参数包括船舶横摇角、纵摇角、艏摇角和垂荡角。
优选的是，所述无人机位置确定模块包括：
无人机角位置确定模块24，用以根据采集的无人机图像确定无人机的当前角坐标值；
无人机线性坐标确定模块25，用以根据确定的无人机当前角坐标值和捕捉装置与无人机的距离信息，获取无人机的位置坐标。
优选的是，所述瞄准点位置预测模块包括：
瞄准点的当前位移确定模块26，分别与摇晃参数测量模块14和固定结构参数存储模块34连接，用以根据船舶的摇晃参数和船舶结构的相应常量参数，确定瞄准点的当前位移；
无人机与船舶间进近速度确定模块28，与测距仪7连接，用以根据捕捉装置与无人机的距离信息，确定无人机与船舶间进近速度；
瞄准点的预测位置确定模块27，分别与瞄准点的当前位移确定模块26和无人机与船舶间进近速度确定模块28连接，用以根据无人机与船舶间进近速度和瞄准点的当前位移，预测出瞄准点的预测位置。
优选的是，所述控制系统还包括：控制台面，
所述图像投影切换开关37、控制模式切换开关38、视野调节旋钮39、第一系数调节旋钮40和第二系数调节旋钮41设置在控制台面上。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明的有益效果在于，本发明根据采集的无人机图像信息、捕捉装置与无人机的距离信息和船舶的摇晃参数信息，自动对无人机的轨迹进行修正，同时还引入半自动着陆模式，通过对监视器中的图像的监控，通过第一系数调节旋钮40和第二系数调节旋钮41的输入，对无人机的轨迹进行修正，保障高精度地引导无人机飞向捕捉装置，即，实现自动或半自动的模式进行着陆控制，在当着陆失败时，可以进行二次着陆，能够有效地消除对无人机造成损坏的可能性。
附图说明
图1为本发明的控制系统的结构示意图；
图2为控制信号生成装置11的原理示意图；
图3为图像采集装置6视野区域在水平面内投影的示意图(XZ平面)；
图4为监视器上显示的无人机与着陆装置间进近的图像在ZY平面上的投影；
图5为监视器上显示的无人机与着陆装置间进近的图像在XZ平面上的投影；
图6为监视器上显示的无人机与着陆装置间进近的图像在XY平面上的投影。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式的本实施方式的一种无人机海上着陆的船载控制方法，所述控制方法基于控制系统实现，所述控制系统包括：
采集信息接收模块，用于接收无人机的图像信息、捕捉装置与无人机的距离信息和船舶2的摇晃参数信息；
无人机位置确定模块，用于根据接收的距离信息和无人机图像信息，确定无人机的位置坐标；
盲视距离估计模块29，用于根据接收的距离信息，估计出无人机最小跟踪距离；
瞄准点位置预测模块，用于根据接收的距离信息和船舶2的摇晃参数信息，预测出瞄准点的位置；所述瞄准点设置在捕捉装置上；
固定结构参数存储模块34，用于存储船舶2及控制系统结构的常量参数；
轨迹校正信号生成模块30，分别与采集信息接收模块、盲视距离估计模块29、瞄准点位置预测模块和固定结构参数存储模块连接，用以根据确定的无人机位置坐标、估计出的无人机最小跟踪距离、预测出的瞄准点的位置和相应船舶2结构的常量参数，获取水平和垂直平面内轨迹校正信号；
本实施方式的控制系统还包括：图像采集装置6、测距仪7、横梁8和摇晃参数测量模块14；如图1所示，无人机上设置有弹簧钩，捕捉装置5上设置有弓形钩，弓形钩的中点为无人机捕捉的瞄准点18；本实施方式的横梁安装在起重机上，横梁通过铰链15固定在靠近船舷的甲板上，1号电驱动器16和2号电驱动器17用去驱动横梁在水平和垂直平面内转动；而为了提高着陆过程中对无人机的视觉观测效果，在机体前端安装了信号指示灯或者一个反光元件。
图像采集装置6、测距仪7、捕捉装置5均安装在横梁8的一端，横梁8的另一端固定在船舶2上，该横梁8能在水平和垂直平面内转动；
图像采集装置6，用于采集无人机的图像信息；
测距仪7，用于测量与无人机的距离；根据该距离及测距仪与捕捉装置5的距离，获得捕捉装置5与无人机的距离信息；
摇晃参数测量模块14，用于采集船舶2的摇晃参数信息；
图像采集装置6、测距仪7和摇晃参数测量模块14获得数据发送至采集信息接收模块；
捕捉装置5捕捉到无人机后，通过横梁8的转动使无人机海上着陆。
如图1所示，本实施方式的控制台9包括控制面板12、监视器10和控制信号生成装置11，控制台9输出的水平和垂直平面内轨迹校正信号传输到船载无线电发射机13，无线电发射机13将信号发送到无人机。
本实施方式在图像采集装置6附近引入一个辅助的测距仪7，在着陆过程中测距仪7的光轴与图像采集装置6的光轴指向无人机所处的区域。测距仪7与图像采集装置6的距离已知条件，存储在固定结构参数存储模块34，摇晃参数测量模块14的输出为船舶2横摇角、纵摇角、艏摇角以及垂荡角的信号。
摇晃参数测量模块14输出的信号是表征船舶2艏摇、横摇、纵摇以及船舶2质心垂直震荡的幅值、频率和相位的时间函数。
如图2所示本实施方式的控制信号生成装置11包括无人机角位置确定模块24、无人机线性坐标确定模块25、盲视距离估计模块29、瞄准点位置预测模块、固定结构参数存储模块34、轨迹校正信号生成模块30、画面稳定信号生成模块32、轨迹图像投影生成模块33、图像投影切换开关37、视野调节旋钮39、图像采集装置的视野确定模块31、加法器36、瞄准点的当前位移确定模块26、无人机与船舶2间进近速度确定模块28、瞄准点的预测位置确定模块27、第一系数调节旋钮40、第二系数调节旋钮41、控制和反馈回路调谐模块35；
无人机位置确定模块包括无人机角位置确定模块24和无人机线性坐标确定模块25；
无人机角位置确定模块24，用以根据采集的无人机图像U(i,j)确定无人机的当前角坐标值
Figure BDA0001742490820000071
ψAT(t)；
无人机线性坐标确定模块25，用以根据确定的无人机当前角坐标值
Figure BDA0001742490820000072
ψAT(t)和捕捉装置与无人机的距离信息DA，获取无人机的位置坐标yAφ(t),zAφ(t)。
画面稳定信号生成模块32，分别与图像采集装置6、测距仪7、摇晃参数测量模块14和固定结构参数存储模块34连接，用于利用船舶2的摇晃参数、捕捉装置与无人机的距离信息DA补偿对无人机图像U(i,j)的影响，生成平面ZY、XZ或XY内稳定的无人机图像信号Uγ(iγ,jγ)；
轨迹图像投影生成模块33，分别与画面稳定信号生成模块32、测距仪7和无人机线性坐标确定模块25连接，用以根据捕捉装置与无人机的距离信息DA和无人机的位置坐标yAφ(t),zAφ(t)，将生成的稳定的无人机图像信号Uγ(iγ,jγ)转换为轨迹图像投影信号；
图像投影切换开关37，分别与轨迹图像投影生成模块33和图像采集装置6连接，用于控制监视器显示图像采集装置6采集的图像、平面ZY内的图像U1(i1,j1)、XZ内的图像U2(i2,j2)或XY内的图像U3(i3,j3)；
监视器，用于显示图像投影切换开关37切换后的图像。
视野调节旋钮39，用于输入图像采集装置的视场角U1ZUM；
图像采集装置的视野确定模块31，分别与摇晃参数测量模块14和固定结构参数存储模块34连接，用以根据船舶2的摇晃参数和船舶2结构的相应常量参数，获取在当前摇晃条件下观测及跟踪无人机所需的视野信号UZUM；
加法器36，分别与视野调节旋钮39和图像采集装置的视野确定模块31连接，用以利用输入的视野控制信号补偿获取的视野信号，获取图像采集装置的视野控制信号，将所述视野控制信号发送至图像采集装置。
瞄准点位置预测模块包括瞄准点的当前位移确定模块26、无人机与船舶2间进近速度确定模块28和瞄准点的预测位置确定模块27：
瞄准点的当前位移确定模块26，分别与摇晃参数测量模块14和固定结构参数存储模块34连接，用以根据船舶2的摇晃参数和船舶2结构的相应常量参数，确定瞄准点的当前位移yRo(t),zRo(t)；
无人机与船舶2间进近速度确定模块28，与测距仪7连接，用以根据捕捉装置与无人机的距离信息DA，确定无人机与船舶2间进近速度；
瞄准点的预测位置确定模块27，分别与瞄准点的当前位移确定模块26和无人机与船舶2间进近速度确定模块28连接，用以根据无人机与船舶2间进近速度和瞄准点的当前位移yRo(t),zRo(t)，预测出瞄准点的预测位置yPr(t),zPr(t)。
第一系数调节旋钮40，用以输入对无人机轨迹校正时垂直平面校正角的反馈系数Kyθ的调节信号；
第二系数调节旋钮41，用以输入对无人机轨迹校正时水平平面校正角的反馈系数Kyψ的调节信号；
控制和反馈回路调谐模块35，分别与第一系数调节旋钮40、第二系数调节旋钮41和控制和反馈回路调谐模块35连接，用以从固定结构参数储存模块34中提取无人机轨迹校正时垂直平面校正角和水平平面校正角的反馈系数设定值
Figure BDA0001742490820000081
和
Figure BDA0001742490820000082
并利用输入的调节信号分别调节相应的
Figure BDA0001742490820000083
和
Figure BDA0001742490820000084
获得无人机轨迹校正时水平平面校正角和垂直平面校正角的反馈系数Kyψ和Kyθ，输入至轨迹校正信号生成模块30。
控制模式切换开关38，用于控制为自动着陆模式或者半自动模式，轨迹校正信号生成模块30输出轨迹校正信号
Figure BDA0001742490820000085
ψCor；半自动模式时，借助第一系数调节旋钮40和第二系数调节旋钮41，轨迹校正信号生成模块30输出轨迹校正信号
Figure BDA0001742490820000086
ψCor。
所述图像投影切换开关37、控制模式切换开关38、视野调节旋钮39、第一系数调节旋钮40和第二系数调节旋钮41设置在控制面板12上。
图像采集装置6在水平面内的视野区域示意图如图3所示。可以选用WCM-101(Rugged Mini PTZ Camera)作为图像采集装置6。为了从着陆机动开始到弹簧钩与弓形钩的最小可行对接距离内观测无人机，将图像采集装置6安装在横梁8上，且靠近捕捉装置5的位置。用阴影区域表示图像采集装置在水平面内的视场角。
本实施方式中图像采集装置6安装位置与瞄准点18不重合。在图1中给出了垂直平面YZ内无人机的弹簧钩和弓形钩的上端点连接的安全区域中心。通常情况下，图像采集装置6的光轴相对于瞄准点的位移用二维坐标(Y1，Z1)表示。同样，安装在图像采集装置附近的测距仪7的光轴(或电轴)相对于瞄准点的位移用二维坐标(Y2，Z2)表示。如图3所示，通过该位移可以确定盲区的距离。
本实施方式无人机海上着陆的船载控制系统的功能如下：
在无人机1出现在观测区域之前，操作人员通过控制台9打开1号电驱动器16和2号电驱动器17的电源，并将横梁8调整到捕捉无人机的工作位置，考虑到船体横摇的允许幅值，调节横梁8以一定的倾斜角延伸至船舷外侧，如，倾斜角φ0＝15°，如图1所示。
无人机1按照规划轨迹完成给定飞行任务时，机载运动控制系统可以保证以几十或几百米的精度引导无人机飞到船舶2所处的指定区域。当无人机1飞抵船舶2所在区域时，机载运动控制系统保证无人机保持在设定的安全高度(运动轨迹角
Figure BDA0001742490820000091
)，且在水平面内运动方向保持在恒定的设定值ψTp。
此后，无人机1进入视线可见区域或图像采集装置6的视野中，通过程序信号
Figure BDA0001742490820000092
ψTp和轨迹校正信号
Figure BDA0001742490820000093
ψCor之和实现无人机的运动轨迹控制校正。在轨迹校正信号生成模块30的信号输出端生成轨迹校正信号，通过船载无线电发射机13将其发送给与无人机运动控制系统相关联的机载无线电接收机。
因此，无人机运动控制信号为：
Figure BDA0001742490820000094
为了计算形成控制信号所需的基本几何关系，笛卡尔坐标系的原点选在船舶2静止时捕捉装置5的瞄准点18所处位置。坐标轴X经过瞄准点18，且平行于船的纵向中心面。坐标轴Y为垂直轴，坐标轴Z垂直于平面XY，如图1所示。
将无人机沿着X轴的运动轨迹作为无人机飞向捕捉装置5的理想轨迹。通过下面的方程计算观测到的无人机相对于图像采集装置6光轴的角偏差
Figure BDA0001742490820000101
和ψAT:
Figure BDA0001742490820000102
Figure BDA0001742490820000103
其中，YA和ZA-无人机在垂直和水平面内的坐标，YTK和ZTK-图像采集装置6在垂直和水平面内的坐标，DAT-无人机和图像采集装置6之间的距离。
实际上，测距仪7测量的距离DA，无人机到图像采集装置6的距离DAT以及无人机到瞄准点的距离DAN之间的差异较小，因此，可以假设在盲区边界外他们是一样的，即，DA＝DAT＝DAN。由于，在盲区范围内不可能得到
Figure BDA0001742490820000104
和ψAT测量值，所以，不需要准确的距离测量。
在无人机角位置确定模块24中，通过图像采集装置6的数字信号U(i，j)画面上的无人机对比度图像的线数计算
Figure BDA0001742490820000105
值，即
Figure BDA0001742490820000106
本实施方式的无人机上设置有标识信号灯，其中，jAT表示标识信号灯图像中心(或激光测距仪7反射镜中心)的电视信号扫描线数；j0表示图像采集装置6光轴在垂直平面内的线数；
Figure BDA0001742490820000107
表示对应于电视信号画面的垂直图像的图像采集装置6视角(单位，度)；Nj表示监视器屏幕上对应于已知视角
Figure BDA0001742490820000108
的线数。
类似地，在模块24中，通过画面扫描线上对应于无人机标识和光轴标识的像素数计算ψAT的值，即
Figure BDA0001742490820000109
其中，jA表示在第jA扫描线上，从屏幕左边缘到标识信号灯4图像中心(或激光测距仪7反射镜中心)的像素数；i0表示在第jA扫描线上，从屏幕左边缘到屏幕中心的像素数；Θψk表示对应于视频监视器10上图像采集装置6画面水平图像的电视信号视角(单位，度)；Ni表示视频监视器10屏幕扫描线上对应于已知视角Θψk的分辨率。
鉴于彩色图像采集装置6(如，WCM-101)画面信号的格式U[NjNi3]有R，G，B三色，操作人员预先选定所观察到的信号指示灯4和反射信号对比度最好的一种颜色。
为了确定无人机信号指示灯光图像中心的方向，需要对视频图像进行辅助处理。在良好的照明和对比度的条件下，在视频监视器10屏幕10上可以观测到无人机的轮廓，而在较差的条件下，只能观测到来自信号指示灯的亮点或者来自于激光雷达反射信号的回波。在监视器10的屏幕上，通过反射器的反射信号光斑或者信号指示灯的光斑生成无人机的标志。由于散焦、像差和振动等因素的影响，这个光斑会占用几个像素。光斑的能量中心是显示器屏幕上的超出了预设检测阈值的一组m*n个像素，通过以下方程确定：
Figure BDA0001742490820000111
Figure BDA0001742490820000112
其中，ψAT和
Figure BDA0001742490820000113
表示无人机信号指示灯图像中心坐标；m和n分别表示监视器屏幕上超过了预先设定的检测阈值的像素区域在水平面和垂直平面内的尺寸；Ui，j表示无人机图像信号的幅值；ψi，j和
Figure BDA0001742490820000114
分别表示图像采集装置6显示器屏幕上的坐标为(i，j)的像素点在水平和垂直平面内的角位置。
图像采集装置6的光轴与X轴相互交错但不相交。图像采集装置6视场区域示意图如图3所示，他们在水平面内的投影夹角为ψ0，同样地，他们在垂直平面内的投影夹角为
Figure BDA0001742490820000115
在水平面内，无人机相对于瞄准点的角偏差为ψA，在垂直平面内，无人机相对于瞄准点的角偏差为
Figure BDA0001742490820000121
在确定了ψAT和
Figure BDA0001742490820000122
的值后；假设DA＝DAT，在无人机线性坐标确定模块25中计算无人机信号指示灯相对于X轴在垂直平面内的坐标yAφ以及水平面内的坐标zAφ。
Figure BDA0001742490820000123
zAφ＝DAsin(ψA+ψ0)-Z1
对于理想轨迹，弹簧钩的中部应该与瞄准点18重合。弹簧钩相对于信号指示灯中心在水平面内的偏移量为Zφ，而在垂直平面内的偏移量为Yφ。此时，将弹簧钩中心相对于瞄准点的坐标作为无人机的线性坐标值，根据以下方程确定：
Figure BDA0001742490820000124
在模块29中确定瞄准点标识的盲视距离，盲视距离是为满足下述条件的最小距离：
Figure BDA0001742490820000125
在模块29的信号输出端生成指令DBli后，轨迹校正信号生成模块30中的信号
Figure BDA0001742490820000126
和ψCor生成算法会发生变化，
Figure BDA0001742490820000127
和ψCor的值以常量的形式记录和储存，直到无人机被捕捉的瞬间。
当船舶2摇晃时，瞄准点18和图像采集装置6会在水平和垂直面内产生振荡位移。通常情况下，船舶2的摇晃包括四个部分:
Figure BDA0001742490820000128
其中，γM，
Figure BDA0001742490820000129
ψM，hM表示摇晃的幅值；ωγ，
Figure BDA00017424908200001210
ωψ，ωh表示摇晃的频率；
Figure BDA00017424908200001211
Figure BDA0001742490820000131
表示摇晃观测初始时刻(或其他指定时刻)t的相位角。
船舶2摇晃参数测量模块14可以作为船舶2导航系统的一部分，或者通过角加速度和线性加速度传感器独立的完成测量任务，传感器需要尽可能地安装在船舶2质心附近。
在船舶2摇晃作用下，无人机捕捉装置5的瞄准点18相对其稳定状态在水平面内的震荡量为ZRo(t)，在垂直平面内的震荡量为YRo(t)。在瞄准点的当前位移确定模块26中通过以下方程计算上述震荡量的值：
Figure BDA0001742490820000132
其中，Zγmax，Zψmax，Yγmax，
Figure BDA0001742490820000133
Yhmax表示瞄准点在水平面内和垂直面内的谐振幅值。他们的值由摇晃分量的幅值和瞄准点相对于船舶2摇晃轴的结构参数确定。
Figure BDA0001742490820000134
其中，Rγ，Rψ，
Figure BDA0001742490820000135
-瞄准点沿着角γ，
Figure BDA0001742490820000136
ψ从瞄准点到船舶2摇晃轴的距离。这些常量根据固定结构参数储存模块34处获取的船舶2结构参数确定。
在实施方式的控制系统中，当船舶2处于摇晃状态时，通过对瞄准点18位置的预测，降低无人机弹簧钩与着陆装置弓形钩对接时刻tk的“脱靶”率。
在模块27中，通过下面的方程确定瞄准点在当前时刻t的预测位置YPr，ZPr：
Figure BDA0001742490820000137
其中，tk表示无人机飞抵瞄准点的时刻。tk由当前时刻瞄准点18到无人机的距离DA(t)以及无人机与船进近的相对速度VAH共同确定：
tk＝DA(t)/VAH
从无人机线性坐标确定模块25信号输出端获取的YA(t)，ZA(t)值和从瞄准点的预测位置确定模块27信号输出端获取的瞄准点位移预测YPr(t)，ZPr(t)值传输给轨迹校正信号生成模块30。在轨迹校正信号生成模块30中生成无人机与瞄准点间的角偏差
Figure BDA0001742490820000141
和Δψ(t)。
Figure BDA0001742490820000142
Figure BDA0001742490820000143
进而，生成了无人机飞行轨迹校正信号
Figure BDA00017424908200001415
和ψCor(t)。
Figure BDA0001742490820000144
其中，
Figure BDA0001742490820000145
Figure BDA00017424908200001416
分别为角
Figure BDA0001742490820000146
和ψ控制环的反馈系数。
无人机和捕捉装置5间的进近轨迹可能不同于普通的直线，因此最好是周期性地计算VAH的值，更新到达瞄准点的剩余时间tk以及更新无人机和船舶2进近时YPr(t)和ZPr(t)的值。在非平稳摇晃下，无人机与船舶2进近时，船舶2摇晃分量的幅值γM，
Figure BDA0001742490820000147
ψM，hM和频率ωγ，
Figure BDA0001742490820000148
ωψ，ωh是变化的。
系数
Figure BDA0001742490820000149
和
Figure BDA00017424908200001410
是常值。通过选择系数
Figure BDA00017424908200001411
和
Figure BDA00017424908200001412
的值可以在宽泛的初始条件下取得良好结果(线性坐标、角坐标以及其导数误差最小)以及最大程度地减小所提供的无人机运动参数的误差。在这种情况下，由于在水平和垂直平面内无人机控制的惯性不同，
Figure BDA00017424908200001413
和
Figure BDA00017424908200001414
的最优值不相等。
仿真结果表明，所研究的无人机控制校正信号自动生成原理保证无人机弹簧钩与瞄准点的对接。当船舶2摇晃范围在±1m内时，瞄准点振荡不超过0.1m。
船舶2的摇晃增加了监测无人机与船舶2间进近着陆过程的困难，限制了操作人员干预应急控制过程(阵风或船舶2航行速度的变化)的能力，如，取消着陆机动进行二次着陆。
在模块31中，通过以下方程确定摇晃条件下无人机观测与跟踪所需的图像采集装置6视野：
Figure BDA0001742490820000151
其中，
Figure BDA0001742490820000152
Θψ0-船舶2静止条件下，在垂直面和水平面内观测和跟踪无人机所需图像采集装置6视野尺寸。
Figure BDA0001742490820000153
Θψ0通过船载控制系统引导无人机飞向捕获区域的允许误差确定。
Figure BDA0001742490820000154
表示捕捉装置在船舶2摇晃过程中的垂直位移导致的图像采集装置6视野角度的必要增加，其中：
Figure BDA0001742490820000155
–船舶2纵摇(幅值
Figure BDA0001742490820000156
)导致的图像采集装置6在垂直面内的位移，
Figure BDA0001742490820000157
–图像采集装置6到纵摇轴的距离；YCMγ＝±RγTsinγM表示船舶2横摇(幅值γM)导致的图像采集装置6在垂直平面内的位移，RγT表示图像采集装置6到横摇轴的距离；DBli表示无人机的最小跟踪距离。
ΘcMψ＝(2ZcMψ+2ZcMγ)/DBli表示捕捉装置在船舶2摇晃过程中的水平位移导致的图像采集装置6视野角度的必要增加，其中：
ZcMγ＝±RγT(1-cosγM)表示船舶2横摇导致的图像采集装置6在水平面内的位移；ZCMψ＝±RψTsinψM表示船舶2艏摇导致的图像采集装置6在水平面内的位移；RψT表示图像采集装置6到船舶2艏摇轴的距离。
为了在监视器屏幕上观察到无人机和瞄准点18在垂直平面YZ内的相互运动，必须补偿船舶2摇晃对无人机图像的影响，为此，在模块32中生成画面稳定信号。首先，确定图像采集装置在垂直面内和水平面内的偏移量：
Figure BDA0001742490820000161
其中，Icm(t)表示监视器上显示的画面沿着扫描线移动的像素数；JCM(t)表示监视器上显示的画面移动的扫描线数；round表示舍入算子，取最临近的整数；ZRoT(t)，YRoT(t)表示船舶2摇晃引起的图像采集装置6在水平和垂直平面内的位移；NiM，NjM表示屏幕沿着水平和垂直方向的分辨率。
进而，考虑由船舶2的横倾导致的图像采集装置绕其轴线转动的角度γ(t)。
Uγ(iγ，jγ)＝rot(γ)U(i，j). (15)
监视器上显示的旋转画面的每一个像素Uγ(iγ，jγ)与图像采集装置6原始画面的像素U(i，j)之间对应关系为：
Figure BDA0001742490820000162
其中，
Figure BDA0001742490820000163
表示像素U(i，j)到图像采集装置6光轴的对应像素U(i0，j0)的距离；
Figure BDA0001742490820000164
-图像采集装置6画面上像素U(i，j)与图像采集装置6光轴的对应像素U(i0，j0)间的角距离。
利用图像采集装置在水平面内的视野区域示意图(如图3所示)和监视器10屏幕上的无人机和捕捉装置间接近过程的图像(如图4，5和6所示)可以解释相对于图像采集装置和瞄准点的无人机角坐标观测到的变化。
根据图3中的水平面内图像采集装置6视野区域示意图以及图4(图像在ZY平面上的投影)，图5(图像在XZ平面上的投影)和图6(图像在XY平面上的投影)中的视频监视器10屏幕上无人机与捕捉装置的进近过程图像可以说明观测到的无人机相对于图像采集装置6和瞄准点18的角坐标变化。
在图4中，Θψ和
Figure BDA0001742490820000171
分别为图像采集装置接收系统在水平面和垂直平面上的视角。图像采集装置6光轴的位置对应于屏幕中心。X轴经过瞄准点18，且与图像采集装置6的光轴不相交。然而，在超过几百米远的区域内，监视器器屏幕上的X轴上点的图像对应的角位置将是个常值。这个图像被标记为位于远场的无人机的瞄准点标识。
在图3中，通过经过图像采集装置透镜中心且平行于X轴的方向确定瞄准点标识在水平面XZ内相对于光轴或监视器屏幕中心的角位置ψM0。
Figure BDA0001742490820000172
同样的，瞄准点标记在垂直平面XY内的角位置
Figure BDA00017424908200001712
由通过以下方程确定：
Figure BDA0001742490820000173
其中，DOY和DOZ表示分别为水平面XZ内和垂直平面XY内的图像采集装置光轴与X轴交点到图像采集装置6间的距离。
瞄准点标记在监视屏幕上的位置是在图像采集装置6安装和校准过程中生成。当X轴上的点接近盲区时，瞄准点的标记将移动到监视器屏幕的边缘
Figure BDA0001742490820000174
其中，
Figure BDA0001742490820000175
和ψM表示分别为瞄准点标志在垂直面和水平面内的角坐标(偏离图像采集装置光轴)；
Figure BDA0001742490820000176
和
Figure BDA0001742490820000177
表示分别为无人机与图像采集装置6之间距离在垂直面XY和水平面XZ内的投影。
当无人机1出现在图像采集装置6的视野区域内时，在监视器显示屏上会出现无人机的图像。无人机相对瞄准点的角偏差(ψA表示水平面内的角偏差，
Figure BDA0001742490820000178
表示垂直面内的角偏差)如图4所示。在图5和6所示的无人机飞行轨迹在平面XZ内和平面XY内投影的图像上给出了
Figure BDA0001742490820000179
和
Figure BDA00017424908200001711
的标志。操作人员将在模块33中生成的图像以独立窗口形式显示在监视器显示屏10上。
借助关系式(19)，操作人员可以视觉估计无人机和瞄准点在垂直平面内角误差
Figure BDA0001742490820000181
和在水平面内角误差Δψ：
Figure BDA0001742490820000182
在瞄准点的预测位置确定模块27中，通过方程(10)在屏幕上生成瞄准点标识中心位置，因此在屏幕上不需要对其图像进行进一步的处理。
根据指示灯或反光镜相对于弹簧钩中部的已知几何安装尺寸Zφ和Yφ，可以确定弹簧钩中心点相对于监视器10的无人机图像上光斑的角偏差ψTN，
Figure BDA0001742490820000183
Figure BDA0001742490820000184
为了便于操作人员观测，在无人机和瞄准点的实际指示灯图像上叠加了近似于圆形的高对比度图像，圆心为弹簧钩中部的角坐标，直径为5-7个像素。
本实施方式提出的控制系统可以远程控制无人机飞行，操作人员引导无人机飞向着陆设备，实现无人机的弹簧钩与瞄准点之间的对接。
无人机飞行方向控制信号生成程序取决于操作人员选择的模式，通过改变系数
Figure BDA0001742490820000185
和
Figure BDA0001742490820000186
的值，可以生成各种校正信号
Figure BDA00017424908200001812
和
Figure BDA0001742490820000187
对于不同的无人机和初始条件(初始距离，无人机与船舶2进近的相对速度，无人机与船舶2运动方向的偏差以及无人机初始位置相对理想着陆轨迹的偏差)，确保无人机最终位置偏离瞄准点误差最小的系数
Figure BDA0001742490820000188
和
Figure BDA0001742490820000189
的值变化范围较大。然而，在已知无人机参数及其变化范围和事先已知引导无人机飞行捕捉区域的误差范围时，可以选取
Figure BDA00017424908200001810
和
Figure BDA00017424908200001811
的值为常值。
仿真结果表明，当选择参数
Figure BDA00017424908200001813
时，所提出的系统沿指数轨迹来校正无人机飞行的横向偏差。当船体不发生摇晃，无人机位于±15°的椎体内、且距离瞄准点的距离不小于300米时，引导无人机飞向瞄准点的误差不超过1毫米
综上，本实施方式的控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1、着陆准备：启动横梁8，将横梁8调整到船舶2体外侧位置；
步骤2、设置参数：调整需要调整的参数；
步骤3、视频监视：图像投影切换开关37被设置在第1个接触点，图像采集装置观测到的内容被直接传送到监视器10的屏幕上，通过视野调节旋钮39向图像采集装置的透镜变焦机构施加电压，从而改变图像采集装置的视场角，根据需求使无人机的期望观测区域视角变窄或扩大；
步骤4：着陆的自动控制：当无人机出现在期望观测区域后，控制模式切换开关38的模式设定在第1触点位置，而图像投影开关37的模式可以设定在4个触点位置的任意1个，控制系统发出轨迹校正信号校正无人机的轨迹，使无人机与捕捉装置上的瞄准点对接，实现捕获；此时，从视频信号U(i，j)的画面中自动分离出无人机信号，且通过向无人机发送运动轨迹控制校正信号实现在垂直和水平面内的无人机自动控制。这个过程持续到弹簧钩3与无人机捕捉装置5的弓形钩对接时刻。操作人员不能干预无人机的控制过程。步骤5：进近着陆轨迹控制：在无人机与船舶2的进近轨迹控制阶段，监视器10显示的图像变为稳定，并显示出无人机和瞄准点位置的标识，当标识的位置与观测到的无人机图像相吻合，将控制模式切换开关38切换到第2个触点，进入半自动着陆模式，将开关37设置在2，3或4触点的位置，操作人员不只是在平面ZY内(如图4所示)可以观测到无人机和捕捉装置5进近轨迹的图像，还可以在平面XZ上(如图5所示)或者在平面XY上(如图6所示)；在观测无人机和船舶2接近轨迹时，利用第一系数调节旋钮40和第二系数调节旋钮41改变系数Kyθ和Kyψ的值，实现增强或减弱无人机运动轨迹趋近于理想轨迹的补偿作用，同时控制横梁8的转动，使无人机海上着陆。如果，在捕获时刻无人机距离理想轨迹的初始偏差较小，操作员可以改变(压缩)电视摄像机6的视角，借助于加法器36将信号U1ZUM补偿给预设值UZUM，信号U1ZUM是在视野调节旋钮39的帮助下生成。因此，提高了无人机角位置确定精度。此时，操作员可以在距离无人机较小的距离范围内减小盲区DBli的值，增加视野尺寸Θψ和
Figure BDA0001742490820000191
因此，本实施方式无需大量增加辅助设备，在船舶2摇晃时，通过采集船舶2摇晃参数以及图像采集装置的数据，实现了无人机运动参数的测量和控制信号的生成，借助瞄准点位置的周期预测控制算法，保障高精度地引导无人机飞向捕捉与制动装置，即，实现自动或自主的模式进行着陆控制，在当着陆失败时，可以进行二次着陆。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.一种无人机海上着陆的船载控制方法，其特征在于，所述控制方法基于控制系统实现，所述控制系统包括：
图像采集装置(6)、测距仪(7)、横梁(8)和摇晃参数测量模块(14)；
图像采集装置(6)、测距仪(7)、捕捉装置(5)均安装在横梁(8)的一端，横梁(8)的另一端固定在船舶上，该横梁(8)能在水平和垂直平面内转动；
图像采集装置(6)，用于采集无人机的图像信息；
测距仪(7)，用于测量与无人机的距离；根据该距离及测距仪与捕捉装置(5)的距离，获得捕捉装置(5)与无人机的距离信息；
摇晃参数测量模块(14)，用于采集船舶的摇晃参数信息；
采集信息接收模块，用于接收图像采集装置采集的无人机图像信息、捕捉装置(5)与无人机的距离信息和船舶的摇晃参数信息；
无人机位置确定模块，用于根据接收的距离信息和无人机图像信息，确定无人机的位置坐标；
盲视距离估计模块(29)，用于根据接收的距离信息，估计出无人机最小跟踪距离；
瞄准点位置预测模块，用于根据接收的距离信息和船舶的摇晃参数信息，预测出瞄准点的位置；所述瞄准点设置在捕捉装置(5)上；在瞄准点的预测位置确定模块(27)中，通过下面的方程确定瞄准点在当前时刻t的预测位置YPr，ZPr：
Figure FDA0002827011860000011
Figure FDA0002827011860000012
其中，tk表示无人机飞抵瞄准点的时刻；tk由当前时刻瞄准点18到无人机的距离DA(t)以及无人机与船进近的相对速度VAH共同确定：
tk＝DA(t)/VAH；
Zγmax，Zψmax，Yγmax，
Figure FDA0002827011860000013
Yhmax表示瞄准点在水平面内和垂直面内的谐振幅值；ωγ，
Figure FDA0002827011860000014
ωψ，ωh表示摇晃的频率；
Figure FDA0002827011860000015
表示摇晃观测初始时刻或其他指定时刻t的相位角；
固定结构参数存储模块(34)，用于存储船舶及控制系统结构的常量参数；
轨迹校正信号生成模块(30)，分别与采集信息接收模块、盲视距离估计模块(29)、瞄准点位置预测模块和固定结构参数存储模块连接，用以根据确定的无人机位置坐标、估计出的无人机最小跟踪距离、预测出的瞄准点的位置和相应船舶结构的常量参数，获取水平和垂直平面内轨迹校正信号；其中，在盲视距离估计模块(29)中确定瞄准点标识的盲视距离，盲视距离是为满足下述条件的最小距离：
Figure FDA0002827011860000021
从无人机线性坐标确定模块(25)信号输出端获取的YA(t)，ZA(t)值和从瞄准点的预测位置确定模块(27)信号输出端获取的瞄准点位移预测YPr(t)，ZPr(t)值传输给轨迹校正信号生成模块(30)；在轨迹校正信号生成模块(30)中生成无人机与瞄准点间的角偏差
Figure FDA0002827011860000022
和Δψ(t)；
Figure FDA0002827011860000023
Figure FDA0002827011860000024
进而，生成了无人机飞行轨迹校正信号
Figure FDA0002827011860000025
和ψCor(t)；
Figure FDA0002827011860000026
其中，
Figure FDA0002827011860000027
Kyψ分别为角
Figure FDA0002827011860000028
和ψ控制环的反馈系数；DBli为无人机的最小跟踪距离；Θψ和
Figure FDA0002827011860000029
分别表示图像采集装置(6)视野在水平和垂直方向上的尺寸；图像采集装置(6)的光轴相对于瞄准点的位移用二维坐标(Y1，Z1)表示；弹簧钩相对于信号指示灯中心在水平面内的偏移量为ZΦ，而在垂直平面内的偏移量为YΦ；XA、YA和ZA-无人机在空间面内的坐标；
Figure FDA00028270118600000210
为无人机轨迹校正时垂直平面校正角的反馈系数；Kyψ为无人机轨迹校正时水平平面校正角的反馈系数；
监视器(10)，用于显示图像采集装置的视频信号；
画面稳定信号生成模块(32)，分别与图像采集装置(6)、测距仪(7)、摇晃参数测量模块(14)和固定结构参数存储模块(34)连接，用于利用船舶的摇晃参数、捕捉装置(5)与无人机的距离信息补偿对无人机图像的影响，生成平面ZY、XZ或XY内稳定的无人机图像信号；
轨迹图像投影生成模块(33)，分别与画面稳定信号生成模块(32)、测距仪(7)和无人机位置确定模块连接，用以根据捕捉装置(5)与无人机的距离信息和无人机的位置坐标，将生成的稳定的无人机图像信号转换为轨迹图像投影信号；
图像投影切换开关(37)，分别与轨迹图像投影生成模块(33)和图像采集装置(6)连接，用于利用四个触点分别控制监视器显示图像采集装置(6)采集的图像、平面ZY内的图像、XZ内的图像和XY内的图像；
控制模式切换开关(38)，用于控制为自动着陆模式或者半自动着陆模式，轨迹校正信号生成模块(30)输出轨迹校正信号；半自动着陆模式时，借助第一系数调节旋钮(40)和第二系数调节旋钮(41)，轨迹校正信号生成模块(30)输出轨迹校正信号；
视野调节旋钮(39)，用于输入图像采集装置的视场角；
电视摄像机的视野确定模块(31)，分别与摇晃参数测量模块(14)和固定结构参数存储模块(34)连接，用以根据船舶的摇晃参数和船舶结构的相应常量参数，获取在当前摇晃条件下观测及跟踪无人机所需的视野信号；在视野确定模块(31)中，通过以下方程确定摇晃条件下无人机观测与跟踪所需的图像采集装置(6)视野：
Figure FDA0002827011860000031
其中，
Figure FDA0002827011860000032
Θψ0-船舶(2)静止条件下，在垂直面和水平面内观测和跟踪无人机所需图像采集装置(6)视野尺寸；
Figure FDA0002827011860000033
Θψ0通过船载控制系统引导无人机飞向捕获区域的允许误差确定；
Figure FDA0002827011860000038
表示捕捉装置在船舶(2)摇晃过程中的垂直位移导致的图像采集装置(6)视野角度的必要增加，其中：
Figure FDA0002827011860000034
是船舶(2)纵摇幅值
Figure FDA0002827011860000035
导致的图像采集装置(6)在垂直面内的位移，
Figure FDA0002827011860000036
是图像采集装置(6)到纵摇轴的距离；YCMγ＝±RγTsinγM表示船舶(2)横摇幅值γM导致的图像采集装置(6)在垂直平面内的位移，RγT表示图像采集装置(6)到横摇轴的距离；γM，
Figure FDA0002827011860000037
ψM，hM为船舶(2)摇晃分量的幅值；
加法器(36)，分别与视野调节旋钮(39)和电视摄像机的视野确定模块(31)连接，用以利用输入的视野控制信号补偿获取的视野信号，获取图像采集装置的视野控制信号，将所述视野控制信号发送至图像采集装置；
第一系数调节旋钮(40)，用以输入对无人机轨迹校正时垂直平面校正角的反馈系数Kyθ的调节信号；
第二系数调节旋钮(41)，用以输入对无人机轨迹校正时水平平面校正角的反馈系数Kyψ的调节信号；
控制和反馈回路调谐模块(35)，分别与第一系数调节旋钮(40)、第二系数调节旋钮(41)和控制和反馈回路调谐模块(35)连接，用以从固定结构参数储存模块(34)中提取无人机轨迹校正时垂直平面校正角和水平平面校正角的反馈系数设定值
Figure FDA0002827011860000041
和
Figure FDA0002827011860000042
并利用输入的调节信号分别调节相应的
Figure FDA0002827011860000043
和
Figure FDA0002827011860000044
获得无人机轨迹校正时水平平面校正角和垂直平面校正角的反馈系数Kyψ和Kyθ，输入至轨迹校正信号生成模块(30)；
所述控制方法包括如下步骤：
步骤1、着陆准备：启动横梁(8)，将横梁(8)调整到船舶体外侧位置；
步骤2、设置参数：调整需要调整的参数；
步骤3、视频监视：图像投影切换开关(37)被设置在第1个接触点，图像采集装置观测到的内容被直接传送到监视器(10)的屏幕上，通过视野调节旋钮(39)向图像采集装置的透镜变焦机构施加电压，从而改变图像采集装置的视场角，根据需求使无人机的期望观测区域视角变窄或扩大；
步骤4：着陆的自动控制：当无人机出现在期望观测区域后，控制模式切换开关(38)的模式设定在第1触点位置，进入自动着陆模式，而图像投影切换开关(37)的模式可以设定在4个触点位置的任意1个，控制系统发出轨迹校正信号校正无人机的轨迹，使无人机与捕捉装置(5)上的瞄准点对接，实现捕获；
步骤5：进近着陆轨迹控制：在无人机与船舶的进近轨迹控制阶段，监视器(10)显示的图像变为稳定，并显示出无人机和瞄准点位置的标识，当标识的位置与观测到的无人机图像相吻合，将控制模式切换开关(38)切换到第2触点，进入半自动着陆模式，将图像投影切换开关(37)设置在2，3或4触点的位置，显示平面ZY内的图像、XZ内的图像或XY内的图像；在观测无人机和船舶接近轨迹时，利用第一系数调节旋钮(40)和第二系数调节旋钮(41)改变系数Kyθ和Kyψ的值，实现增强或减弱无人机运动轨迹趋近于理想轨迹的补偿作用，同时控制横梁(8)的转动，使无人机海上着陆。
2.根据权利要求1所述的无人机海上着陆的船载控制方法，其特征在于，所述步骤5中，还包括：在捕获时刻无人机距离理想轨迹的初始偏差较小，通过视野调节旋钮(39)改变图像采集装置(6)的视场角，实现增加视野尺寸，便于控制。
3.根据权利要求1所述的无人机海上着陆的船载控制方法，其特征在于，所述摇晃参数包括船舶横摇角、纵摇角、艏摇角和垂荡角。
4.根据权利要求3所述的无人机海上着陆的船载控制方法，其特征在于，所述无人机位置确定模块包括：
无人机角位置确定模块(24)，用以根据采集的无人机图像确定无人机的当前角坐标值；
无人机线性坐标确定模块(25)，用以根据确定的无人机当前角坐标值和捕捉装置(5)与无人机的距离信息，获取无人机的位置坐标。
5.根据权利要求4所述的无人机海上着陆的船载控制方法，其特征在于，所述瞄准点位置预测模块包括：
瞄准点的当前位移确定模块(26)，分别与摇晃参数测量模块(14)和固定结构参数存储模块(34)连接，用以根据船舶的摇晃参数和船舶结构的相应常量参数，确定瞄准点的当前位移；
无人机与船舶间进近速度确定模块(28)，与测距仪(7)连接，用以根据捕捉装置(5)与无人机的距离信息，确定无人机与船舶间进近速度；
瞄准点的预测位置确定模块(27)，分别与瞄准点的当前位移确定模块(26)和无人机与船舶间进近速度确定模块(28)连接，用以根据无人机与船舶间进近速度和瞄准点的当前位移，预测出瞄准点的预测位置。
6.根据权利要求5所述的无人机海上着陆的船载控制方法，其特征在于，所述控制系统还包括：控制台面，
所述图像投影切换开关(37)、控制模式切换开关(38)、视野调节旋钮(39)、第一系数调节旋钮(40)和第二系数调节旋钮(41)设置在控制台面上。
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