CN110253580A - 动平台降落复合地标导航系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了动平台降落复合地标导航系统，包括MAVs和动平台两部分，其中MAVs包括了飞行控制器、云台、相机、图像处理器、通讯模组和定位导航模块；动平台包括了动平台底盘、控制器、伺服驱动器、步进电机、码盘和通讯模组；飞行控制器用于完成对MAVs的位姿控制；云台用于实现对图像的增稳和对目标的跟踪；相机用于采集图像数据，定位导航模块用于为MAVs提供精确的定位数据；图像处理器用于为在机载端完成R2D地标识别、动平台状态估计和降落策略轨迹规划；通讯模组用于为无人机和动平台的图像定位数据或码盘数据进行通讯传输；控制器用于完成对步进电机的速度闭环控制，并采用码盘来提供里程计数据。

Description

动平台降落复合地标导航系统
技术领域
本发明属于无人飞行设施技术领域，尤其涉及动平台降落复合地标导航系统。
背景技术
基于地标阵列的LAIN组合导航系统能为机器人在室内提供高精度的导航服务，而基于“单地标”的SLIN组合导航系统则能估计目标精确的位姿，从而帮助机器人实现对目标的跟踪、抓取和定位等一系列自主导航应用，MAVs视觉引导降落是其自主导航中的核心技术，目前已经有诸多研究实现了在静止目标上的自主降落，但在移动目标（车辆、船舶等动平台）上的降落无论在商业还是军事上都更具研究价值。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种传感器层由多种异构传感器组成包括R2D地标、码盘里程计、IMU和MAVs导航系统；融合层基于SLIN组合导航算法对异构传感器数据进行融合实现对动平台位姿的在线估计；决策层结合动平台与MAVs状态估计实时规划降落轨迹；控制层实现MAVs对轨迹的跟踪控制和机载云台的图像跟踪控制的动平台降落复合地标导航系统。
本发明的技术方案：一种动平台降落复合地标导航系统，包括MAVs和动平台两部分，其中MAVs包括了飞行控制器、云台、相机、图像处理器、通讯模组和定位导航模块；动平台包括了动平台底盘、控制器、伺服驱动器、步进电机、码盘和通讯模组；所述飞行控制器用于完成对MAVs的位姿控制，通过串口接收降落轨迹数据并实时反馈MAVs导航位姿数据；所述云台用于实现对图像的增稳和对目标的跟踪；所述相机用于采集图像数据，所述定位导航模块用于为MAVs提供精确的定位数据，并为SLIN组合算法中地标定位结果提供精确的相机全局坐标变换数据；所述图像处理器用于为在机载端完成R2D地标识别、动平台状态估计和降落策略轨迹规划；所述通讯模组用于为无人机和动平台的图像定位数据或码盘数据进行通讯传输；所述控制器用于完成对三个L298N和25GA370步进电机的速度闭环控制，并采用码盘来提供里程计数据。
优选地，所述云台为舵机云台，为降低图像的抖动，选用两轴云台实现对图像的增稳和对目标的跟踪，其通过2个SG90舵机实现对框架姿态角的调节。
优选地，所述相机为单目相机，其选用640480分辨率，60 FPS的PS2Eye相机采集图像数据，并采用全局曝光技术保证能输出高质量、高动态的图像。
优选地，所述MAVs导航模块包括导航系统、全局定位传感器、IMU和超声波/激光发生器，其选用FAST-LAIN系统或GPS/INS系统为MAVs提供精确的定位数据，并为SLIN组合算法中地标定位结果提供精确的相机全局坐标变换数据。
优选地，所述图像处理器包括降落状态机、路径规划模组和策略模组，其选用Odroid-Xu4高性能嵌入式处理作为机载CPU，其主频为2GHz，2GB RAM，采用Exynos 5422八核处理器。
优选地，所述通讯模块选用高性能数传模块ONE BOX来构建通信链路，用于保证无人机和动平台的图像定位数据或码盘数据传输的可靠性和高速性。
优选地，所述动平台底盘采用全向三轮结构，使用STM32F103作为控制器完成对三个L298N和25GA370步进电机的速度闭环控制，并采用HN012-45A编码器来提供里程计数据，并以ONE BOX通讯模块实现与MAVs数据的交互。
优选地，该降落系统能在基于飞行器和动平台运动学模型输出系统各阶状态的基础上，通过三维渲染技术为所添加虚拟相机提供逼真的图像数据。
本发明的传感器层由多种异构传感器组成包括R2D地标、码盘里程计、IMU和MAVs导航系统；融合层基于SLIN组合导航算法对异构传感器数据进行融合实现对动平台位姿的在线估计；决策层结合动平台与MAVs状态估计实时规划降落轨迹；控制层实现MAVs对轨迹的跟踪控制和机载云台的图像跟踪控制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。
如图1所示，一种动平台降落复合地标导航系统，包括MAVs和动平台两部分，其中MAVs包括了飞行控制器、云台、相机、图像处理器、通讯模组和定位导航模块；动平台包括了动平台底盘、控制器、伺服驱动器、步进电机、码盘和通讯模组；所述飞行控制器用于完成对MAVs的位姿控制，通过串口接收降落轨迹数据并实时反馈MAVs导航位姿数据；所述云台用于实现对图像的增稳和对目标的跟踪；所述相机用于采集图像数据，所述定位导航模块用于为MAVs提供精确的定位数据，并为SLIN组合算法中地标定位结果提供精确的相机全局坐标变换数据；所述图像处理器用于为在机载端完成R2D地标识别、动平台状态估计和降落策略轨迹规划；所述通讯模组用于为无人机和动平台的图像定位数据或码盘数据进行通讯传输；所述控制器用于完成对三个L298N和25GA370步进电机的速度闭环控制，并采用码盘来提供里程计数据。所述云台为舵机云台，为降低图像的抖动，选用两轴云台实现对图像的增稳和对目标的跟踪，其通过2个SG90舵机实现对框架姿态角的调节。所述相机为单目相机，其选用640480分辨率，60 FPS的PS2Eye相机采集图像数据，并采用全局曝光技术保证能输出高质量、高动态的图像。所述MAVs导航模块包括导航系统、全局定位传感器、IMU和超声波/激光发生器，其选用FAST-LAIN系统或GPS/INS系统为MAVs提供精确的定位数据，并为SLIN组合算法中地标定位结果提供精确的相机全局坐标变换数据。所述图像处理器包括降落状态机、路径规划模组和策略模组，其选用Odroid-Xu4高性能嵌入式处理作为机载CPU，其主频为2GHz，2GB RAM，采用Exynos 5422八核处理器。所述通讯模块选用高性能数传模块ONE BOX来构建通信链路，用于保证无人机和动平台的图像定位数据或码盘数据传输的可靠性和高速性。所述动平台底盘采用全向三轮结构，使用STM32F103作为控制器完成对三个L298N和25GA370步进电机的速度闭环控制，并采用HN012-45A编码器来提供里程计数据，并以ONE BOX通讯模块实现与MAVs数据的交互。该降落系统能在基于飞行器和动平台运动学模型输出系统各阶状态的基础上，通过三维渲染技术为所添加虚拟相机提供逼真的图像数据。
本发明的传感器层由多种异构传感器组成包括R2D地标、码盘里程计、IMU和MAVs导航系统；融合层基于SLIN组合导航算法对异构传感器数据进行融合实现对动平台位姿的在线估计；决策层结合动平台与MAVs状态估计实时规划降落轨迹；控制层实现MAVs对轨迹的跟踪控制和机载云台的图像跟踪控制。

Claims (8)

1.动平台降落复合地标导航系统，其特征在于：其包括MAVs和动平台两部分，其中MAVs包括了飞行控制器、云台、相机、图像处理器、通讯模组和定位导航模块；动平台包括了动平台底盘、控制器、伺服驱动器、步进电机、码盘和通讯模组；所述飞行控制器用于完成对MAVs的位姿控制，通过串口接收降落轨迹数据并实时反馈MAVs导航位姿数据；所述云台用于实现对图像的增稳和对目标的跟踪；所述相机用于采集图像数据，所述定位导航模块用于为MAVs提供精确的定位数据，并为SLIN组合算法中地标定位结果提供精确的相机全局坐标变换数据；所述图像处理器用于为在机载端完成R2D地标识别、动平台状态估计和降落策略轨迹规划；所述通讯模组用于为无人机和动平台的图像定位数据或码盘数据进行通讯传输；所述控制器用于完成对三个L298N和25GA370步进电机的速度闭环控制，并采用码盘来提供里程计数据。
2.根据权利要求1所述的动平台降落复合地标导航系统，其特征在于：所述云台为舵机云台，为降低图像的抖动，选用两轴云台实现对图像的增稳和对目标的跟踪，其通过2个SG90舵机实现对框架姿态角的调节。
3.根据权利要求1所述的动平台降落复合地标导航系统，其特征在于：所述相机为单目相机，其选用640480分辨率，60 FPS的PS2Eye相机采集图像数据，并采用全局曝光技术保证能输出高质量、高动态的图像。
4.根据权利要求1所述的动平台降落复合地标导航系统，其特征在于：所述MAVs导航模块包括导航系统、全局定位传感器、IMU和超声波/激光发生器，其选用FAST-LAIN系统或GPS/INS系统为MAVs提供精确的定位数据，并为SLIN组合算法中地标定位结果提供精确的相机全局坐标变换数据。
5.根据权利要求1所述的动平台降落复合地标导航系统，其特征在于：所述图像处理器包括降落状态机、路径规划模组和策略模组，其选用Odroid-Xu4高性能嵌入式处理作为机载CPU，其主频为2GHz，2GB RAM，采用Exynos 5422八核处理器。
6.根据权利要求1所述的动平台降落复合地标导航系统，其特征在于：所述通讯模块选用高性能数传模块ONE BOX来构建通信链路，用于保证无人机和动平台的图像定位数据或码盘数据传输的可靠性和高速性。
7.根据权利要求1所述的动平台降落复合地标导航系统，其特征在于：所述动平台底盘采用全向三轮结构，使用STM32F103作为控制器完成对三个L298N和25GA370步进电机的速度闭环控制，并采用HN012-45A编码器来提供里程计数据，并以ONE BOX通讯模块实现与MAVs数据的交互。
8.根据权利要求1所述的动平台降落复合地标导航系统，其特征在于：该降落系统能在基于飞行器和动平台运动学模型输出系统各阶状态的基础上，通过三维渲染技术为所添加虚拟相机提供逼真的图像数据。
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Number: 38-02

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