CN109581456A - 基于位置敏感探测器的无人机激光导航系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于位置敏感探测器的无人机激光导航系统，包括无人机本体、电源、GPS/IMU定位模块、PSD激光定位模块、主控模块和飞行稳定控制器模块，其中所述GPS/IMU定位模块包括GPS天线、卫星接收机、IMU传感器模块。PSD激光定位模块包括广角光学镜组、PSD传感器、I/V转换电路、放大滤波电路和高速AD采样模块。GPS天线与卫星接收机相连接，PSD激光定位系统以垂直向地方向置于无人机底部，广角光学镜组置于PSD传感器前，PSD传感器与I/V转换电路连接，I/V转换电路与高速AD采样模块连接，卫星接收机、IMU传感器模块、高速AD采样模块分别单独与导航定位主控模块连接。本发明将GPS/IMU粗定位与PSD激光细定相结合，以提高导航定位系统精度与鲁棒性，实现无人机精确导航操作。
Description
技术领域
本发明属于无人机导航技术领域，特别是一种基于位置敏感探测器(positionsensitive detector，PSD)的无人机激光导航系统。
背景技术
导航定位系统是无人机导航技术的核心组成，是无人机完成预设航线飞行与定点起降、悬停动作的关键。目前多数无人机导航系统都采用全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)导航与微机电(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)惯性导航相结合的方式，即在工作时接收卫星定位信号的同时，利用惯性导航组合得出无人机实时位置和姿态信息，以得到与目标的相对位置关系。但是商用GPS定位精度在10m数量级，而惯性导航会因为积分而导致累计误差，因此在某些需要精准定位的场合，这种组合方式无法完全胜任导航工作。同时在某些特殊情况下，飞行环境会使GPS信号丢失，或者使惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)失效，最终导致导航定位系统将失效。随着无人机不断小型化、轻量化方向发展，其应用场合要求也越发苛刻，对机载导航定位系统的精度、自主性、小型化、低功耗、抗干扰性等要求也不断提高。
文献一(LI J Y,XIU J S,LIN S,et al.Automatic Positioning System ofUAVBased on Artificial Marker[J].Microcontrollers&Embedded Systems,2017,9:29-32)提出了一种基于颜色识别跟踪的无人机视觉导航系统，系统通过图像传感器识别地面定点位置的单一颜色块作为标识物，根据识别到的标识物中心点位置判断无人机与标识物的相对位置，控制无人机不断飞到标识物上空，从而达到精准定位的目的。但该方案具有以下缺点：一是需要预先在目标位置处放置人工标志物，无法做到远距离非接触导航；二是同时图像颜色识别极易受光线、距离、摄像头拍摄效果、背景等影响，从而较大地影响定位探测系统的精确性与鲁棒性。
文献二(LIU K,ZHANG J T,YAN Z G.A method for improving landing errorofUAV automatic return[J].Modern Electronics Technique,2018,41(6):61-64,69)提出了一种改善无人机自动返航降落误差的方法，先通过GPS进行粗定位，使无人机水平飞行到GPS记录的降落点上空，然后打开人工预先布置在停机坪中间的天向摄像头获取无人机图像，利用目标检测算法确定悬停中无人机的位置信息进行细定位，根据位置信息确定无人机所在平面的运动方向，当无人机进行平移时不断计算图像中无人机中心与图像中心的距离，若小于距离误差，则垂直下降，最终使无人机降落在停机坪上，此方法大大提高了无人机在机场的降落定位精度。但是该方案仍有不足：一是受场地与摄像头布置情况、摄像头广角范围限制，且仅能在已布置摄像头区域的有效拍摄区域进行“细”定位；二是该方案采用的目标检测算法同样是基于摄像头拍摄图像，仍极易受光线、距离、摄像头曝光效果等影响。
文献三(MIAO X,ZHANG D B,SONG Y H,et al.UAV precise recyclingtechnology based on laser end guidance[J/OL].Laser Technology,(2018-05-29)http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1125.TN.20180529.1045.004.html)提出了一种基于激光末端引导体制的无人机精确回收方法，增加地面激光引导装置和机上激光接收装置，激光引导装置设置在着陆点，用于发射编码激光光束，在空间形成引导无人机着陆引导光场，激光接收装置安装在无人机头部位置，用于接收地面引导装置发出的激光信号，处理得到无人机与引导基准航线的飞行偏差，飞控系统控制无人机飞行，实现精确引导回收。但该方法具有以下缺点：一是采用四象限光电器件，其探测角度有限且存在探测死区，极易收激光光斑形状与位置影响，降低了激光制导的精确性；二是由于器件本身特性限制在探测前无人机需要预先将光敏面粗略地对准激光光斑，限制了激光制导应用于无人机的灵活性。
总结来说，常见的现有无人机导航定位系统技术特点有：
1、采用图像颜色识别技术方案。以人工标志物为基准，建立基于颜色识别跟踪的无人机视觉导航系统。但缺点是需要预先放置人工标志，无法做到远距离非接触导航，同时图像极易受环境光照影响。
2、采用天向摄像头引导方案。预先在机场地面布置一系列的广角朝向天空的摄像头，通过目标检测算法检测出无人机在图像中的位置。但缺点是需布置摄像头，使用场地有限，且其图像处理过程极易受环境光照影响。
3、采用四象限光电器件进行激光制导方案。利用四象限光电器件在无人机航向方向区域范围内进行激光引导。但缺点是探测角度有限且存在探测死区，极易受激光光斑形状与位置影响，同时由于器件本身特性限制在探测前无人机需要预先将光敏面粗略地对准激光光斑，限制了激光制导应用于无人机的灵活性。
发明内容
本发明的目的在于设计与实现一种基于位置敏感探测器(position sensitivedetector，PSD)的无人机激光导航系统。该系统利用GPS/IMU定位与末端激光定位相结合，以提高无人机在中间飞行段与末端飞行段的导航定位性能。
针对现有常见的无人机定位导航技术中存在的问题：1)单纯GPS/IMU导航定位精度不足，易受环境影响，存在累计误差；2)人工标志物导航和地面广角摄像头导航必须预先设置导航点，无法做到远距离非接触导航；3)图像处理导航过程易受光线、距离、曝光、背景等影响；4)四象限光电传感器探测角度较小、存在死区，且需要预先对准激光反射光斑，使得无人机制导不灵活等问题。
本发明提供了一种基于位置敏感探测器的无人机激光导航系统，包括无人机本体、电源、GPS/IMU定位模块、PSD激光定位模块、主控模块和飞行稳定控制器模块。其中：
(1)所述电源为无人机本体、GPS/IMU定位模块、PSD激光定位模块、主控模块供电。
(2)所述GPS/IMU定位模块安装在无人机本体之上，由GPS天线、卫星接收机和IMU传感器模块组成，其中卫星接收机通过信号线分别与GPS天线、主控模块连接，并通过GPS天线接收卫星定位信号，将信号传递给主控模块，IMU传感器模块通过信号线与主控模块连接，在飞行过程中不断测量无人机的加速度，经过积分运算后得到无人机的姿态角度信息，将姿态角度信息传输给主控模块，主控模块综合卫星定位信号和姿态角度信息，运算得到无人机的位置及姿态信息。
(3)所述PSD激光定位模块主要由激光照射器、广角光学镜组、PSD传感器、I/V转换电路、放大滤波电路和高速模数采样(Analog to Digital,AD)模块组成。在无人机临近目标点时，由位于目标点附近的操作人员将激光照射器瞄准特定目标发射激光，目标表面随即对激光进行漫反射。在无人机本体下部，依次安装PSD传感器和广角光学镜组，PSD传感器的探测面和广角光学镜组的镜面保持平行，且法线垂直于地面，广角光学镜组的焦点落在PSD传感器探测面上。PSD传感器与I/V转换电路、放大滤波电路和高速模数采样(Analog toDigital,AD)模块通过数据线依次连接，高速模数采样模块与主控模块通过数据线连接。广角光学镜组采集无人机视场下的广角图像，当临近目标区域时，可观察到由目标反射生成的激光反射光斑。广角光学镜组将观测到的图像信息透射到PSD传感器的探测面上，由PSD传感器一旦探测到目标激光反射信号，立即生成电流信号并传输给I/V转换电路，该电流信号经放大滤波电路的处理后输出至高速AD采样模块，由该模块进行模拟数字采样后，提供给主控模块进行计算。
(4)所述主控模块通过数据线与飞行稳定控制器连接，时时接收来自GPS/IMU定位模块的无人机本体定位与姿态信息，在飞行末端临近降落时，主控模块接收到来自PSD激光定位模块提供的反应目标点信息的数字信号，结合无人机本体的定位和姿态信息，经过运算处理后精确校正无人机本体与目标点的位置坐标差，并运算得出无人机姿态控制指令，包括无人机角度和角速度的期望姿态量，发送给飞行稳定控制器。
(5)所述飞行稳定控制器模块由角度环PID控制器和角速度环PID控制器组成，当接受到主控模块发来的姿态控制指令后，将无人机期望姿态指令转化输出为电机控制量，从而控制无人机各个旋翼的转速，以精确操控无人机朝预定降落点飞行，直至在目标位置处降落。
本发明与现有技术相比，其显著特点在于：
(1)飞行导航精度较高。本发明基于PSD激光探测的无人机组合导航方案，在中间飞行阶段中使用GPS/IMU定位方式进行粗定位，在接近目标、降落点等时使用PSD激光定位系统提供的目标点位置与GPS/IMU定位系统提供的无人机位置和姿态信息的进行精确定位。相对于单纯使用GPS/IMU定位方式，本发明可将定位精度从10m CEP(circular errorprobable，圆概率误差)提高至0.1m CEP。
(2)可做到远距离非接触导航定位。采取人工标志物导航和地面广角摄像头导航，必须要预先设置导航定位点，而本方案采用远距离激光照射导航，可以实现远距离非接触的导航定位。
(3)抗干扰性强。针对图像处理导航过程易受光线、距离、曝光、背景等影响的缺点，本方案采用非可见光波段激光照射漫反射点作为导航标记，受环境影响较小，可以有效避免外界干扰。
(4)小型化与低功耗化程度高。针对利用图像目标检测算法导航计算量巨大的缺点，本方案利用PSD传感器探测激光反射点，利用硬件电路处理定位点信息，使得硬件电路简单、机载CPU计算量较小。
(5)探测角度较广、无死区，且探测较为灵活。针对四象限光电传感器探测角度较小、存在死区，且需要预先对准激光光点问题，本方案采用广角光学镜组+PSD传感器组合方式，对地面目标激光反射点进行广角图像汇聚。在激光末端制导细定位阶段，无人机无需做任何预先对准目标的动作，同时传感器无探测死区，大大提高了本制导方案的灵活度与适用范围。
附图说明
图1是本发明基于位置敏感探测器组合导航总体结构示意图。
图2是本发明广角光学镜组与PSD传感器位置示意图。
图3是本发明飞行过程中导航定位流程示意图。
图4是本发明导航系统中各坐标系转换关系示意图。
图5是本发明组合导航系统软件流程设计示意图。
图6是本发明PSD激光制导组合导航系统实验结果。
具体实施方式
结合图1，本发明提供了一种基于位置敏感探测器的无人机激光导航系统，包括无人机本体、电源、GPS/IMU定位模块、PSD激光定位模块、主控模块和飞行稳定控制器模块。其中：
(1)所述电源为GPS/IMU定位模块、PSD激光定位模块、主控模块和飞行稳定控制器模块供电。
(2)所述GPS/IMU定位模块安装在无人机本体之上，由GPS天线、卫星接收机和IMU传感器模块组成，其中卫星接收机通过信号线分别与GPS天线、主控模块连接，并通过GPS天线接收卫星定位信号，将信号传递给主控模块，IMU传感器模块通过信号线与主控模块连接，在飞行过程中不断测量无人机的加速度，经过积分运算后得到无人机的姿态角度信息，将姿态角度信息传输给主控模块，精度为10m CEP，主控模块综合卫星定位信号和姿态角度信息，运算得到无人机本体与目标点的位置坐标差。
(3)所述PSD激光定位模块主要由激光照射器、广角光学镜组、PSD传感器、I/V转换电路、放大滤波电路和高速模数采样(Analog to Digital,AD)模块组成。在无人机临近目标点时，由位于目标点2公里范围内的操作人员将激光照射器瞄准特定目标发射激光，可采用红外脉冲激光器作为激光照射光源，其参数为波长1064nm、脉宽10ns、脉冲频率10/Hz、脉冲能量80/mJ、激光散射角1～5/mrad、对准方式为光学望远。此时，目标表面对激光进行漫反射。在无人机本体下部，依次安装PSD传感器和广角光学镜组，PSD传感器的相面和广角光学镜的镜面组保持平行，且法线垂直于地面，广角光学镜的焦点落在PSD传感器上。PSD传感器与I/V转换电路、放大滤波电路和高速模数采样(Analog toDigital,AD)模块通过数据线依次连接，高速模数采样模块与主控模块通过数据线连接。
广角光学镜组采集无人机视场下的广角图像，当临近目标区域时，可观察到由目标反射生成的激光反射光斑。广角光学镜组观测到的图像信息透射到PSD传感器上，由PSD传感器一旦探测到目标激光反射信号，立即生成电流信号并传输给I/V转换电路，该电流信号经放大滤波电路的处理后输出至高速AD采样模块，由该模块进行模拟数字采样后，提供给主控模块进行精确计算。
(4)所述主控模块通过数据线与飞行稳定控制器连接，时时接收来自GPS/IMU定位模块的无人机本体定位与姿态信息，在飞行末端临近降落时，主控模块接收到来自PSD激光定位模块提供的反应目标点信息的数字信号，结合无人机本体的定位和姿态信息，经过运算处理后精确校正无人机本体与目标点的位置坐标差，并运算得出无人机姿态控制指令，包括无人机角度和角速度的期望姿态量，并发送给飞行稳定控制器。
(5)所述飞行稳定控制器模块包括角度环PID控制器和角速度环PID控制器，当接受到主控模块发来的姿态控制指令后，将无人机期望姿态指令转化输出为电机控制量，以精确操控无人机朝预定降落点飞行，直至在目标位置处降落。
结合图4，本发明中PSD激光制导定位坐标转换过程为：
(1)确定各个坐标系。PSD传感器固定于飞行器底部，其探测面朝向大地，照射在目标上的漫反射激光光斑在广角光学镜组上进行成像，随着飞行器不断地向目标飞行，得到目标反射成像位置的运动轨迹。其中各坐标系关系为：地面坐标系为Oxyz，飞行器机体坐标系为Ox1y1z1，PSD传感器成像坐标系定义为O’xgygzg。由PSD传感器与飞行器固定关系可知，成像坐标系是飞行器坐标系Ox1y1z1沿Oz1轴平移距离光学透镜焦距f得到的。
(2)坐标转换。大地坐标系中，飞行器的实时坐标为O(xo,yo,zo)，激光照射目标点的坐标为T(xt,yt,zt)，那么根据图4各坐标关系，目标在机体坐标系当中的坐标位置T’为(x’,y’,z’)，其计算如式1)所示。
式(1)中φ、γ分别对应飞行器飞行俯仰角、偏航角和横滚角。成像过程中，由于敏感面是处于光学镜头的焦平面上的，故zg恒等于0，光学透镜的焦距为f，因此可得到目标成像点T’(xg,yg,zg)坐标点与目标点在机体坐标系坐标点位置关系如式(2)所示。
(3)位置求解。实际测量时，目标点成像坐标T’(xg,yg,zg)、目标点坐标T(xt,yt,zt)、飞行器姿态角φ、γ均可由IMU组件测量得到，因此可以求出飞行器在大地坐标系当中的坐标位置O(xo,yo,zo)，最终求得飞行器与目标点之间的位置关系。
结合图5，本发明的执行流程为：
(1)无人机起飞前，将预定降落的目标位置输入主控模块。
(2)无人机起飞后，GPS/IMU定位模块开始工作，获取无人机的卫星定位信号和姿态角度信息，输出给主控模块，由主控模块综合计算得出无人机本体与目标点位置的坐标差。
(3)无人机通过装载于其上的广角镜头组实施采集地面视场信息。当临近降落点时，操作人员将激光照射器瞄准特定目标发射激光，目标表面随即产生漫反射。
(4)广角镜头组探测到目标激光反射的光斑信号后，透射聚焦到PSD传感器上，代表无人机已进入末端制导飞行阶段。PSD传感器随即生成电流信号，经过转换、放大和滤波处理后发送后主控模块。
(5)结合无人机的定位和姿态信息，主控模块计算出精确的无人机与目标坐标关系，并换算出姿态控制指令发送给飞行稳定控制器。
(6)飞行稳定控制器将姿态控制指令转化为电机控制量，精确操控无人机朝预定降落点飞行。
(7)反复进行第(2)-(6)步骤，直至无人机在目标位置处降落。
发明效果
为了验证本发明相比现有技术的效果，特选择小型四旋翼无人机为载体，设计三组飞行制导对比实验。每组实验中无人机飞行高度均控制为10m左右，人工地面标志采用20cm×20cm红色塑料板。
第一组采用卫星+惯性定位导航模式，具体采用S1216商用GPS+北斗双模定位模块，惯性定位模块采用MPU9250九轴MEMS传感器+BMP280气压高度计组合；
第二组采用图像颜色识别模式，具体采用STM32微处理器+OV2640 CMOS摄像头组合，采用HSV(Hue,Saturation,Value，色调、饱和度、明度)颜色空间识别，以像素点面积作为识别标准；
第三组即本发明技术方案，其中激光照射器采用波长为1064nm的红外脉冲激光器，在位于目标水平距离约50m、垂直距离约27m处进行照射。PSD传感器采用S5991-01二维枕型PSD，配合FPGA控制高速模数转换芯片MAX1304进行信号采样。
实验结果如表1所示：第一组方案无法在室内等遮挡卫星信号环境工作，其定位精度约为2.7m CEP(circular error probable,圆形概率误差)，同时其探测周期限制于卫星接收机工作频率，仅为20Hz。第二组方案的室外定位精度约为0.33m CEP，室内外均可工作，但是摄像头极易受环境影响，在室内强光或者弱光情况下，其定位精度均出现较大波动。而本文提出的PSD激光制导方式，其室内外定位精度较为一致，鲁棒性较高，均在0.1m CEP左右，且其探测计算量较小，频率可以做到5KHz及以上，完全满足飞行器定位实时性要求。
表1各导航方式横向指标对比
如图6所示，在实验中无人机沿y轴正方向直线向前飞行3.7m左右，考虑到无飞机飞行时的振动与运动情况，其制导过程中精度能够保持在0.1m CEP范围内。
Claims (2)
1.一种基于位置敏感探测器的无人机激光导航系统，包括无人机本体、电源、GPS/IMU定位模块、主控模块和飞行稳定控制器模块，其特征在于还包括一个PSD激光定位模块，所述GPS/IMU包括GPS天线、卫星接收机和IMU传感器模块，所述PSD激光定位模块包括激光照射器、广角光学镜组、PSD传感器、I/V转换电路、放大滤波电路和高速模数采样模块组成；
电源为无人机本体、GPS/IMU定位模块、PSD激光定位模块、主控模块供电；
GPS/IMU定位模块安装在无人机本体之上，其中卫星接收机通过信号线分别与GPS天线、主控模块连接，IMU传感器模块通过信号线与主控模块连接；
在无人机本体下部，依次安装PSD传感器和广角光学镜组，PSD传感器的探测面和广角光学镜组的镜面保持平行，且法线垂直于地面，广角光学镜组的焦点落在PSD传感器探测面上，PSD传感器与I/V转换电路、放大滤波电路和高速模数采样模块通过数据线依次连接，高速模数采样模块与主控模块通过数据线连接；
主控模块通过数据线与飞行稳定控制器连接。
2.如权利要求1所述的一种基于位置敏感探测器的无人机激光导航系统，其特征在于所述激光照射器采用红外脉冲激光器，其参数为波长1064nm、脉宽10ns、脉冲频率10/Hz、脉冲能量80/mJ、激光散射角1～5/mrad、对准方式为光学望远。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110207713A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-06 | 南京理工大学 | 一种微纳导航制导与控制系统及方法 |
| CN110260862A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-20 | 东南大学 | 一种基于捷联惯导系统的旋翼直升机载导航装置 |
| CN110488870A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-22 | 北京华力创通科技股份有限公司 | 无人机着舰引导装置、方法和系统 |
| WO2021015669A1 (en) * | 2019-07-19 | 2021-01-28 | National University Of Singapore | Method for aligning an autonomous mobile apparatus to a reference object, an autonomous mobile apparatus, and a guidance module thereof |
| CN112902959A (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-04 | 中国北方工业有限公司 | 一种激光制导飞行器指控系统及指控方法 |
| CN114563808A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-31 | 吉林大学 | 一种空地定位用连接装置及使用其的空地定位方法 |
| CN116793340A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-09-22 | 陕西德鑫智能科技有限公司 | 一种无人机自动着陆导航方法、装置及电子设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101158752A (zh) * | 2007-10-31 | 2008-04-09 | 大连海事大学 | 三点式动态激光准直系统 |
| JP2014187663A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Kyocera Corp | 携帯電子機器及びその制御方法 |
| US20170346563A1 (en) * | 2016-05-25 | 2017-11-30 | Google Inc. | Phase Sensitive Beam Tracking |
| CN207571587U (zh) * | 2017-11-16 | 2018-07-03 | 湖北大学 | 一种基于psd测距和ccd夜视成像的自动避障航行无人机 |
-
2018
- 2018-11-13 CN CN201811344401.3A patent/CN109581456A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101158752A (zh) * | 2007-10-31 | 2008-04-09 | 大连海事大学 | 三点式动态激光准直系统 |
| JP2014187663A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Kyocera Corp | 携帯電子機器及びその制御方法 |
| US20170346563A1 (en) * | 2016-05-25 | 2017-11-30 | Google Inc. | Phase Sensitive Beam Tracking |
| CN207571587U (zh) * | 2017-11-16 | 2018-07-03 | 湖北大学 | 一种基于psd测距和ccd夜视成像的自动避障航行无人机 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 蒋晓东等: "基于位置敏感探测器的组合导航技术研究", 《激光技术》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110207713A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-06 | 南京理工大学 | 一种微纳导航制导与控制系统及方法 |
| CN110260862A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-20 | 东南大学 | 一种基于捷联惯导系统的旋翼直升机载导航装置 |
| WO2021015669A1 (en) * | 2019-07-19 | 2021-01-28 | National University Of Singapore | Method for aligning an autonomous mobile apparatus to a reference object, an autonomous mobile apparatus, and a guidance module thereof |
| CN110488870A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-22 | 北京华力创通科技股份有限公司 | 无人机着舰引导装置、方法和系统 |
| CN112902959A (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-04 | 中国北方工业有限公司 | 一种激光制导飞行器指控系统及指控方法 |
| CN112902959B (zh) * | 2019-12-03 | 2023-10-17 | 中国北方工业有限公司 | 一种激光制导飞行器指控系统及指控方法 |
| CN114563808A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-31 | 吉林大学 | 一种空地定位用连接装置及使用其的空地定位方法 |
| CN116793340A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-09-22 | 陕西德鑫智能科技有限公司 | 一种无人机自动着陆导航方法、装置及电子设备 |
| CN116793340B (zh) * | 2023-08-29 | 2023-11-24 | 陕西德鑫智能科技有限公司 | 一种无人机自动着陆导航方法、装置及电子设备 |
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