CN111338363A - 一种无人机车载降落方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机车载降落方法及系统。一种无人机车载跟降落方法，包括步骤：开启无人机车载降落飞行模式；将车辆的速度信息、位置信息发送给无人机；无人机获取车辆的速度信息、位置信息；控制无人机飞到一预设高度范围内；将车辆的速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量以及算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，以控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配；以使无人机保持在运动状态，高度下降并降落至目标位置。控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配，能很好的调整无人机的飞行信息和车辆的运动信息相匹配，保证无人机成功降落。

Description

一种无人机车载降落方法及系统

【技术领域】

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机车载降落方法及系统。

【背景技术】

无人驾驶飞机，简称“无人机”，近几年来，无人机一直是一个非常活跃的研究领域，特别是车载型无人机，车载型无人机可根据搭载在汽车上的地面站操作系统和设置在无人机上的飞控系统相结合，实现无人机跟随车辆运动，执行侦察、监视、追踪、航拍等任务，起飞和降落都在汽车上完成的一种无人机。无人机执行任务结束之后能顺利返航降落在汽车上是一项复杂的工程技术，无人机着陆之前首先需要精准的定位，目前，大多数的定位技术都依赖于GPS导航系统，定位的准确性极低，容易导致定位失败，并且控制无人机着落的过程也较为复杂，容易导致降落失败，影响任务的执行。

【发明内容】

针对现有的无人机存在的上述技术问题，本发明提供一种无人机车载降落方法及系统。

本发明为了解决上述技术问题提供一种无人机车载跟踪降落方法，用于控制无人机降落在地面上行驶的车辆上，包括如下步骤：开启无人机车载降落飞行模式；将车辆的速度信息、位置信息发送给无人机；无人机获取车辆的速度信息、位置信息；控制无人机飞到一预设高度范围内；将车辆的速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量以及算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，以控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配，以使所述无人机保持在运动状态，高度下降并降落至目标位置。

优选地，将车辆的速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量以及算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，以控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配，以使所述无人机保持在运动状态，高度下降并降落至目标位置包括如下步骤：通过车辆速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量和算法更新周期计算获得目标航点，根据计算获得的目标航点、车辆的实际位置和算法更新周期计算所述无人机与车辆速度匹配时的目标速度，当目标速度和实际速度之间的差值在一阈值内时，无人机降落，否则需要重新调整目标速度。

优选地，当目标速度和实际速度之间的差值在一阈值内时，无人机降落包括步骤：缓慢降低无人机的相对目标位置的高度；将目标高度和目标速度转换到姿态控制器上，运行设置在无人机上的姿态控制器以及电机使得无人机降落。

优选地，目标速度和实际速度之间的差值不在一阈值内，重新调整目标速度包括步骤：通过无人机的最大加速度约束目标速度，将目标速度转化到姿态控制器上，运行姿态控制器且姿态控制器发出驱动信号到电机以控制无人飞行速度和高度。

优选地，以使所述无人机保持在运动状态，高度下降并降落至目标位置之前还包括步骤：获得目标位置上的实际降落点坐标，计算目标航点坐标和实际降落点坐标之间的坐标位置偏差，将坐标位置偏差转换成速度误差，将速度误差添加到目标速度中，当速度误差在一预设的阈值范围内时，无人机降落，否则需要将目标高度和目标速度转移到姿态控制器上，运行姿态控制器和电机重新调整目标速度。

本发明为了解决上述技术问题，还提供一种无人机车载跟踪降落系统，所述无人机车载跟踪降落系统包括设置在车辆上的地面站系统和设置在无人机上的飞控系统，所述地面站系统用于开启无人机车载降落飞行模式并将车辆的运动信息发送给所述飞控系统；所述飞控系统设置在无人机上用于接收车辆信息并且调整无人机的飞行状态和车辆的运动状态相匹配，并进一步控制无人机降落，飞控系统包括信号接收模块和控制装置，所述信号接收模块用于接收所述地面站系统发出的车辆的运动信息，所述控制装置用于结合车辆的位置信息、速度信息以及无人机的位置量、速度量和算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，所述动力装置用于基于姿态信息驱动无人机的飞行状态和车辆的运动状态相匹配，且驱动无人机降落到车辆上。

优选地，所述控制装置包括第二距离传感器和动力装置，所述第二距离传感器用于测量无人机和地面的第一垂直距离，并根据第一垂直距离和目标位置相对地面的高度计算无人机和目标位置之间的第二垂直距离，所述动力装置根据所述第一垂直距离驱动所述无人机降落到一预设高度范围内。

优选地，所述控制装置还包括第三距离传感器，所述第三距离传感器用于测量无人机降落过程中的实时位置和目标位置的垂直距离，并将垂直距离信息发送给动力装置。

优选地，所述控制装置还包括GPS模块、惯性导航系统和姿态控制器，所述GPS模块和惯性导航系统用于测量无人机的位置量、速度量，所述惯性导航系统用于结合车辆的位置信息、速度信息以及无人机的位置量、速度量以及算法更新周期计算获得控制量并将控制量转化为姿态信息、进一步将姿态信息发送给姿态控制器，所述姿态控制器用于发出信号驱动所述动力装置调整所述无人机的速度、位置和所述车辆相匹配，并进一步控制无人机降落。

优选地，所述控制装置还包括视觉图形定位模块，所述视觉图形定位模块用于测量目标位置上的实际降落点坐标，并计算实际降落点坐标和所述无人机的目标航点坐标之间的误差，并将误差转换为控制量传送到动力装置上，动力装置驱动无人机运动使得目标航点坐标和实际降落点坐标相匹配。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：将车辆的速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量以及算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，以控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配，能很好的调整无人机的飞行信息和车辆的运动信息相匹配，保证无人机成功降落。

根据计算获得的目标航点、车辆的实际位置和算法更新周期计算所述无人机与车辆速度匹配时的目标速度，当目标速度和实际速度之间的差值在一阈值内时，无人机降落，否则需要新调整目标速度，通过调整无人机的目标速度和实际速度相匹配，使得无人机能顺利降落到目标位置上。

高度下降并降落至目标位置之前还包括步骤：获得目标位置上的实际降落点坐标，计算目标航点坐标和实际降落点坐标之间的坐标位置偏差，将坐标位置偏差转换成速度误差，将速度误差添加到目标速度中，当速度误差在一预设的阈值范围内时，无人机降落，否则需要将目标高度和目标速度转移到姿态目标上，重新调整目标速度，通过计算目标航点坐标和实际降落点坐标之间的位置偏差，将坐标偏差转换成速度误差，然后将速度误差添加到目标速度中，能进一步提高无人机成功着陆的可能性，增加无人机成功着陆的机会。

所述无人机车载跟踪降落系统包括设置在车辆上的地面站系统和设置在无人机上的飞控系统，通过设置在车辆上的地面站系统和设置在无人机上的飞控系统相配合，使得车辆的运动信息和无人机的飞行信息能很好的关联，很好的为调整车辆的运动状态和无人机的飞行状态相匹配。

设置第三距离传感器，使得无人机在降落的过程中，无人机的降落速度根据目标高度的高低去调整以更好的保证使得无人机成功降落。

设置视觉图形定位模块去测量目标位置上的实际降落点坐标，并计算实际降落点坐标和目标航点坐标之间的误差，并将误差转换为控制量传送到动力装置上，使得动力装置驱动无人机更精准的降落到目标位置上，进一步提高无人机降落的概率。

【附图说明】

图1是本发明中无人机的立体结构示意图；

图2是本发明第一实施例中无人机车载降落辅助平台的整体结构示意图；

图3本发明第一实施例中无人机车载降落辅助平台的爆炸结构示意图；

图4是本发明第二实施例中无人机车载降落辅助平台的整体结构示意图；

图5是本发明第二实施例中滑动组件的整体结构示意图；

图6是本发明第二实施例中滑动板和固定板的连接关系示意图；

图7是本发明第二实施例中滑动组件的爆炸结构示意图；

图8是本发明中无人机的另一结构示意图；

图9是本发明第三实施例中无人机自动充电系统的整体结构示意图；

图10是本发明第三实施例中无人机自动充电系统的爆炸结构示意图；

图11是本发明第四实施例中提供的无人机车载跟踪降落方法的流程结构示意图；

图12是本发明第四实施例中提供的无人机车载跟踪降落法的另一流程结构示意图；

图13是本发明第五实施例中提供的无人机车载跟踪降落方法的流程结构示意图；

图14是本发明第六实施例中提供的无人机车载跟踪降落系统的所包含的模块示意图；

图15是本发明中无人机的又一结构示意图；

图16是本发明中目标航点相对目标位置的垂直距离示意图；

图17发明第六实施例中提供无人机车载跟踪降落系统的控制模块所包含的模块示意图；

图18发明第六实施例中提供无人机车载跟踪降落系统的控制模块所包含的另一模块示意图；

图19明第六实施例中提供无人机车载跟踪降落系统的视觉图形定位模块所包含的模块关系图；

附图标记说明：

1、无人机；11、机身；111、充电口；12、脚架；121、承托杆；122、支撑杆；

2、车载无人机降落辅助平台；21、本体；211、顶板；2111、连接槽；2112、通孔；212、底板；22、定位轨；23、限位块；231、抵持部；232、卡固部；233、连接部；24、第一驱动件；241、第一伸缩杆；242、第一动力机构；243、滑轨；25、磁性吸附件；26、滑动组件；261、滑动板；262、固定板；2621、滑槽；263、推动板；264、连接轨；265、第二动力机构；267、第二伸缩杆；268、支撑板；2a、车载无人机降落辅助平台；

3、无人机自动充电系统；31、充电组件；311、供电接头；3111、第一距离传感器；312、第三驱动件；3121、第三动力机构；3122、第三伸缩杆；314、感应器；315、信息接收模块；316、判断模块；317、信号发送模块；318、供电模组；

M、地面站系统；N、飞控系统；N01、信息接收模块；N02、控制装置；N021、第二距离传感器；N022、惯性导航系统；N024、视觉图形定位模块；N025、第一判断模块；N028、GPS模块；N0241、光流模块；N0242、分析模块；N0243、转换模块；N0244、第二判断模块；N03、动力装置。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，本发明第一实施例提供一种无人机车载降落辅助平台2，用于辅助无人机1降落。所述车载无人机降落辅助平台2可固定在可移动的车体上，具体地，可固定在车顶、车后备箱或者车体其他位置。本发明以固定在车顶为例子进行说明。无人机1包括机身11及与机身11连接的脚架12。脚架12包括承托杆121和支撑杆122，支撑杆122一端和承托杆121连接另一端和机身11连接。

请参阅图2，车载无人机降落辅助平台2包括可与车顶固定连接的本体21，设置在本体21上的至少两个定位轨22、设置在本体21靠近每一个定位轨22延伸方向两端上的两块限位块23，同一定位轨22滑动连接的至少一所述限位块23，所述限位块23可沿着所述定位轨22的延伸方向滑动。所述定位轨22用于卡接脚架12，具体地，所述定位轨22包括至少部分容置所述承托杆121的空间，所述定位轨22与两个所述限位块23配合，用于卡接承托杆121，并对承托杆121进行定位。本体21可以通过卡接、螺钉连接或者一体设置等方式与车顶固定。

请参阅图2和图3，本体21包括相对设置的顶板211和底板212，定位轨22为沿着顶板211远离底板212的表面凹陷设置的凹陷槽，优选地，凹陷槽为开口宽，底部窄的梯形槽。定位轨22设置为梯形槽方便承托杆121卡固在定位轨22中，同时方便固定在定位轨22中的无人机1起飞。为了使得定位轨22能很好的将承托杆121进行定位，定位轨22至少部分和所述承托杆121抵接。并且，为了使得定位轨22能很好的被卡固在定位轨22中，定位轨22的深度等于或者大于承托杆121的直径尺寸。定位轨22的延伸方向的长度尺寸可设置得和承托杆121的长度尺寸相当，当承托杆121卡接在定位轨22中时，定位轨22长度方向的两端部和承托杆121的两端部相抵紧，从而更好的将承托杆121限定在定位轨22中。

在一些其他的实施方式中，定位轨22也可以凸出于顶板211的表面而形成的凹槽型结构。

请参阅图3，在一些具体的实施方式中，所述定位轨22为三个，三个所述定位轨22呈“H”型分布在所述顶板211上，其中的两个定位轨22相对平行设置，另外一个定位轨22的两端分别与相对平行设置的两个定位轨22垂直连接，且所述三个定位轨22之间相互连通。所述限位块23设置在其中两个相对平行设置的定位轨22的两端。当然，不同类型的无人机1脚架12的形状会不相同，定位轨22的数量可以为两个或者其他数量；再者，定位轨22的形状也可以是其它类型，只要和脚架12的形状相匹配即可。

请结合图2和图3，所述顶板211靠近定位轨22的位置开设有连接槽2111，所述连接槽2111的槽口开设方向与所述限位块23的移动方向一致。至少一个所述限位块23滑动连接在连接槽2111中并且部分通过连接槽2111伸出顶板211的表面。限位块23包括卡固部232、抵持部231和连接部233，卡固部232和连接部233连接，卡固部232和抵持部231从连接槽2111伸出，外露在顶板211设置有定位轨22的表面，连接部233可沿着连接槽2111并在其中滑动。卡固部232和抵持部231呈“L”型设置。

界定与所述定位轨22的长度方向一致的为第一方向，进一步界定第二方向，第一方向和第二方向的夹角范围为45°－90°，优选地，第一方向和第二方向的夹角为90°。当承托杆121卡接在定位轨22中之后，抵持部231从第一方向抵持支撑杆122，卡固部232从第二方向上抵持支撑杆122。设置两块限位块23与定位轨22滑动配合，进一步将无人机1固定在车载无人机降落辅助平台2上，确保车辆在行驶过程中，无人机1被牢固固定，避免无人机1被摔坏。

请结合图1与图3，在一些具体的产品中，无人机1的支撑杆122往往设置为圆柱状，为了使得卡固部232更好的与支撑杆122卡接固定，所述卡固部232与所述无人机1的支撑杆122相接的端面为圆弧面设置，方便卡固部232对支撑杆122卡接。

请继续参阅图3，两块限位块23中的至少一者滑动连接在连接槽2111中，滑动连接在连接槽2111上的限位块23连接有第一驱动件24，所述第一驱动件24驱动所述限位块23在本体21上滑动以调节两块限位块23之间的间距以将脚架12抵持固定。

请继续参阅图3，所述第一驱动件24包括设置在底板212上的滑轨243、第一伸缩杆241和与第一伸缩杆241连接的第一动力机构242。连接部233滑动连接于滑轨243上，所述第一伸缩杆241一端与所述连接部233固定连接另一端与第一动力机构242连接。所述第一动力机构242固定在底板212上且驱动第一伸缩杆241相对第一动力机构242伸缩以驱动限位块23相对底板212移动，第一伸缩杆241的运动方向和第一方向相同。当承托杆121卡接在定位轨22中之后，第一动力机构242驱动第一伸缩杆241收缩，使得限位块23向靠近承托杆121的一侧运动，与支撑杆122抵接。当无人机1需要飞行时，第一动力机构242驱动第一伸缩杆241伸长，使得限位块23与支撑杆122分离，使得无人机1成功起飞。

在一些其他实施例中，定位轨22的底部设置有可与脚架12磁吸连接的磁性吸附件25，当脚架12卡接在定位轨22中之后，磁性吸附件25将承托杆121吸附，以更好的将无人机1固定，即使车辆在崎岖的路面环境下也能很好的将无人机1固定，避免无人机1晃动或者被摔坏；并且可在一定程度上降低无人机1的震动效果，提高无人机1的使用寿命。

请参阅图4和图5，本发明的第二实施例提供另一种车载无人机降落辅助平台2a，其与上述第一实施例提供的车载无人机降落辅助平台2相比还包括滑动组件26。滑动组件26可与本体21固定连接。滑动组件26可固定在车体内。

请结合图4、图5和图6，所述滑动组件26包括滑动板261、固定板262和支撑板268。所述固定板262可固定在车体内，所述滑动板261与所述固定板262滑动连接，所述本体21的底板212与所述滑动板261固定连接，滑动所述滑动板261时，所述本体21以及停靠在本体21上的无人机1可相对于所述固定板262滑动，并滑动至车体内或者滑出车体。具体地，可在固定板262上开设滑槽2621，滑动板261沿着滑槽2621的槽口方向滑动。

请结合图6和图7，滑动组件26还包括与滑动板261固定连接的推动板263、与推动板263连接的第二动力机构265以及与第二动力机构265相连的第二伸缩杆267。支撑板268上开设有连接轨264，所述推动板263和所述连接轨264滑动连接。第二动力机构265推动推动板263沿着连接轨264滑动，推动板263滑动带动滑动板261相对固定板262滑动，从而使得滑动板261伸出车体或者收入车体内。当无人机降落完毕之后，第二动力机构265驱动推动板263滑动，推动板263运动带动滑动板261滑动，将滑动板261收入车体内，从而将无人机1收入车体内，对其进行保护存放。当需要使无人机1起飞并执行任务时，第二动力机构265推动滑动板261伸出车体，从而将无人机1放出飞行以执行具体的飞行任务。

在一些具体的实施方式中，滑动组件26可以是固定在车后备箱上，车体内靠近车天窗的位置或者车体上其他位置。请参阅图8、图9和图10，为了方便无人机1停靠以及方便对无人机1进行充电，本发明第三实施例提供一种无人机自动充电系统3，其包括上述第一实施例和第二实施例提供的车载无人机降落辅助平台和设置在车载无人机降落辅助平台上的充电组件31。无人机1的机身11设置有蓄电模块，无人机1的机身11朝向所述承托杆121的一面上设置有充电口111，充电口111和蓄电模块电性连接。车载无人机降落辅助平台的顶板211上开设有通孔2112。充电组件31包括设置在本体21上的供电模组318、与供电模组318电性连接的供电接头311以及与供电接头311连接的第三驱动件312。供电模组318为太阳能电池模组、蓄电池或者其他蓄电件中的任一种。所述第三驱动件312驱动所述供电接头311伸出本体21的通孔2112或者收容在本体21中，使得供电接头311与无人机1的充电口111相插接或者相分离，为无人机1充电或者无人机1充满电时与无人机1断开连接。

请参阅图10，所述第三驱动件312包括固定在底板212上的第三动力机构3121和与第三动力机构3121相连的第三伸缩杆3122，第三伸缩杆3122与所述供电接头311固定连接，所述第三动力机构3121驱动所述第三伸缩杆3122相对第三动力机构3121伸缩，以使得供电接头311伸出通孔2112或者收容于本体21内。当无人机1需要充电时，返回至车载无人机降落辅助平台上，脚架12固定在定位轨22上，此时第三动力机构3121驱动第三伸缩杆3122伸出，使得供电接头311和充电口111相插接，以为无人机1充电，当充电结束之后，第三动力机构3121驱动第三伸缩杆3122收缩，使得供电接头311和充电口111分离，无人机1继续返回空中执行任务。

请继续参阅图10，供电接头311靠近底板212的一侧设置有一第一距离传感器3111，第一距离传感器3111和第三动力机构3121电性连接。第一距离传感器3111用于感测供电接头311相对底板212的距离。定义，当供电接头311和充电口111成功插接时，供电接头311的底部相对底板212的距离为充电距离。当无人机1降落之后，第三动力机构3121驱动供电接头311向靠近充电口111的一侧移动，当供电接头311与底板212的距离等于充电距离时，第一距离传感器3111向第三动力机构3121发出停止信号，此时第三动力机构3121停止运动，供电接头311和充电口111插接到位，进而为无人机1充电。

在一些具体的实施方式中，第一距离传感器3111可以为激光位移传感器、红外距离传感器中的任一种。

请继续参阅图10，充电组件31还包括设置在定位轨22上的感应器314，所述感应器314和所述第三驱动件312电性连接，当所述感应器314感应到脚架12卡接在定位轨22上之后，感应器314发出充电信号给第三动力机构3121，第三动力机构3121基于充电信号驱动所述第三伸缩杆3122向远离本体21的一侧伸出，使得供电接头311插接入无人机1的充电口111。在一些具体的实施方式中，感应器314可以为触碰式感应器，例如：电容传感器、磁力感应器中的任一种。

请参阅图10，充电组件31还包括设置在底板212上的相互连接的信息接收模块315、判断模块316、信号发送模块317。所述信息接收模块315用于监测所述无人机1的电量信息，所述判断模块316用于判断所述电量信息是否低于设定值，若低于设定值时，所述判断模块316将电量信息进一步传送至信号发送模块317，所述信号发送模块317发出充电信号使得所述无人机1返航充电。

在一些其他实施例中，所述充电组件31还包括指示灯(图未示)，所述指示灯固定在所述机身11上，所述无人机1满电时，所述指示灯亮起。

请参阅图11，为了使得无人机1完成执行任务之后能顺的返航并且降落，本发明第四实施例提供一种无人机车载跟踪降落方法，用于控制无人机降落在地面上行驶的车体上，包括如下步骤：

S1：开启无人机车载降落飞行模式；

S2：将车辆的速度信息、位置信息发送给无人机；

S3：无人机获取车辆的速度信息、位置信息；

S4：无人机飞到一预设高度范围内；

S5：将车辆的速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量以及算法更新周期计算获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，以控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配，所述无人机保持在运动状态，高度下降并降落至目标位置。

上述步骤S1中，无人机在执行任务过程中，其飞行的航线是受控于设置在车辆上的地面站系统的，当无人机执行任务完成之后，需要让无人机回到行驶中的车辆上。无人机降落前，首先需要将无人机的飞行模式切换为车载降落飞行模式，以使得无人机能成功的降落在车辆上。

上述步骤S4中，当无人机接收到车辆的速度信息、位置信息后，无人机首先飞到一预设高度范围内并且调整机头的运动方向和车辆的行驶方向一致。预设的高度范围是基于无人机的飞行信息和车辆的运动信息能很好的关联，保证无人机能成功着陆设定的相对目标位置的高度值。

上述步骤S5中，控制无人机的飞行信息和车辆的运动信息相匹配，其中无人机的飞行信息是指无人机的位置信息、速度信息。车辆的运动信息指的是车辆的位置信息和速度信息。算法更新周期为无人机执行完一项任务之后到执行下一项任务的时间间隔。

请参阅图12，上述步骤S5中，车辆的速度信息、位置信息结合无人机自身的位置量、速度量和算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，以控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配，所述无人机保持在运动状态，高度下降并降落至目标位置包括如下步骤：

S51、判断降落状态是否为ture；

在步骤S51中降落状态为ture的意思是：无人机1已经成功降落到目标位置上，否则无人机1的降落状态就对应为false。

执行步骤S51结束之后，当降落状态为ture时，执行步骤S61；否则执行如下步骤：

S52、所述无人机通过自身的位置量、速度量和算法更新周期结合车辆的位置信息、速度信息计算无人机相对车辆的目标航点；根据计算获得的目标航点、车辆的实际位置和算法更新时间计算所述无人机与车辆速度匹配时的目标速度；

S53、无人机飞行到目标航点处；

S54、判断目标速度和实际速度的差值是否在一阈值内；

执行步骤S54结束之后，当目标速度和实际速度在一阈值范围内时，则执行如下步骤：

S55、缓慢降低无人机相对目标位置的高度，及

S56、将目标高度和目标速度转换到姿态控制器上，及

S57、运行姿态控制器，以及

S60、姿态控制器发出驱动信号到电机以控制无人机的飞行速度和高度，以及

当执行完步骤S60之后再次返回步骤S51，再次执行步骤S51、判断降落状态是否为ture且达到目标高度，当降落状态为ture时执行如下步骤：

S61、降低电机转速直至着陆完成。

执行步骤S54结束之后，若目标速度和实际速度不在阈值范围内时，则对应执行如下步骤：

S58、最大加速度约束目标速度变化，将目标速度转化到姿态控制器上，以及

S57、运行姿态控制器，以及

S60、姿态控制器发出驱动信号到电机以控制无人机的飞行速度和高度，以及返回步骤S51，如此往复循环，直接着陆成功。

上述步骤S51中，目标高度指的是无人机降落的目标位置相对地面的高度。

在上述步骤S52中，目标航点是无人机1飞行到目标位置上方时、也即准备降落时的位置信息。

上述步骤S53中，目标速度是基于无人机1飞行到目标航点时计算获得的理论速度值。

上述步骤S56中，目标高度指的是目标位置相对地面的高度。

在上述步骤S60中，当将目标高度和目标速度转换到姿态控制器上之后，运行姿态控制器，姿态控制器发出驱动信号到电机上，电机基于目标高度值控制无人机缓慢降落并且基于无人机降落过程中的实时位置和目标高度的差值电机维持慢速转动下降落。电机慢速转动是相对于无人机在正常执行任务时的速度而言的，降落过程中的速度比正常飞行时的速度慢，一般为无人机正常飞行时的速度的0.5-0.8倍。并且电机还基于目标速度的数值，驱动无人机飞行的实际速度和目标速度在预定的阈值范围内，以保持无人机的飞行状态和车辆的运动状态相匹配，以保证无人机能成功降落。

请参阅图13，本发明第五实施例提供另一种无人机车载跟踪降落方法，其与上述第四实施例提供的无人机车载跟踪降落方法的区别在于：上述步骤S54和步骤S55之间还包括通过计算目标航点和实际降落点之间的位置偏差去进一步调整目标速度的步骤：

S62、计算目标航点和实际降落点位置偏差；

S63、将所述位置偏差转成速度误差；

S64、将速度误差添加到目标速度中；

S65、判定速度误差是否在一阈值范围内。

在本实施例中，当目标速度和实际速度的差值在一阈值范围内时，通过目标航点和实际降落点位置偏差去进一步调整目标速度，使得目标速度更好的和无人机的实际速度相匹配，提高无人机成功着陆的概率。

请参阅图14，本发明的第六实施例提供一种执行上述第四实施例和第五实施例的无人机车载跟踪降落方法的无人机车载跟踪降落系统，用于控制飞行中的无人机1降落至行驶在地面上的车辆，所述无人机车载跟踪降落系统包括设置在车辆上的地面站系统M和设置在无人机1上的飞控系统N，地面站系统M和飞控系统N可相互通信。所述地面站系统M设置在车辆上，为了方便车辆行驶的过程中根据不同的飞行任务控制无人机1，地面站系统M设置在车体内靠近副驾驶的位置。当无人机1执行完任务需要返航时，则通过地面站系统M开启无人机的车载降落飞行模式并将车辆的速度信息、位置信息发送给无人机1。其中车辆的运动信息包括车辆的位置信息、速度信息。地面站系统M发送位置信息和速度信息给飞控系统N，主要是通过设置在地面站系统M上的MAVLINK通信协议将车辆的位置信息和速度信息整合在一个信息包中，然后发送给无人机1。

请继续参阅图14，飞控系统N用于接收车辆的运动信息并且调整无人机的飞行状态和车辆的运动状态相匹配，并进一步控制无人机降落至目标位置上。

所述飞控系统N包括信息接收模块N01和控制装置N02。所述信息接收模块N01用于接收所述地面站系统M发出的车辆的运动信息，所述控制装置N02用于根据运动信息调整无人机1的飞行信息和车辆的运动信息相匹配，并且控制无人机降落。其中无人机1的飞行信息包括无人机1的位置信息、速度信息和算法更新周期。

请参阅图15、图16和图17，所述控制装置N02包括设置在机身11底部上的第二距离传感器N021和动力装置N026。所述第二距离传感器N021用于测量无人机1和地面D的第一垂直距离L，并根据第一垂直距离L和目标位置C相对地面D的高度H计算无人机1和目标位置C之间的第二垂直距离P。当无人机1切换为车载降落飞行模式之后，所述动力装置N026根据所述第二垂直距离P驱动所述无人机1降落到一预设高度范围内。预设的高度范围是根据无人机每次执行任务所需时长以及降落时长测试获得的。目标位置C指的是无人机1的着陆点的位置，可以理解为第一实施例或者第二实施例提供的车载无人机降落辅助平台。

请继续参阅图17，所述控制装置N02还包括GPS模块N028、惯性导航系统N022和姿态控制器N023。所述GPS模块N028和惯性导航系统N022配合用于测量无人机1的位置量和速度量。所述惯性导航系统N022根据无人机1的位置量、速度量以及算法更新周期结合车辆的位置信息、速度信息计算获得控制量、将控制量转化为姿态信息并将姿态信息发送给姿态控制器N023，所述姿态控制器N023用于驱动所述动力装置N03调整所述无人机1的位置信息、速度信息和所述车辆的相匹配。

请继续参阅图17，所述控制装置N02还包括计算模块N027，所述计算模块N027用于通过无人机的位置量、速度量和算法更新周期结合车辆的位置信息、速度信息计算无人机相对车辆的目标航点，根据计算获得的目标航点、车辆的实际位置和算法更新周期计算所述无人机与车辆速度匹配时的目标速度。目标航点是无人机1飞行到目标位置上方时、也即准备降落时的位置信息，目标速度是基于无人机1飞行到目标航点时计算获得的理论速度值。

因此，所述惯性导航系统N022根据无人机1的位置量、速度量以及算法更新周期结合车辆的位置信息、速度信息计算获得的控制量对应为目标速度和实际速度的差值。

进一步地，控制装置N02还包括第一判断模块N025，第一判断模块N025用于判断目标速度和实际速度之间的差值是否在一阈值范围内，若在设定的阈值范围内时，无人机进入准备降落阶段，通过动力装置N026缓慢降低无人机1的目标高度并且调整无人机的飞行信息始终和车辆的运动信息相匹配。若否，则重新调整目标速度。

请参阅图18，所述控制装置N02还包括视觉图形定位模块N024，所述视觉图形定位模块N024用于测量目标位置上的实际降落点坐标，并计算实际降落点坐标和所述无人机1的目标航点坐标之间的位置偏差，并将位置偏差转换为速度误差传送到动力装置N026上，动力装置N026驱动无人机1运动使得目标航点坐标和实际降落点坐标相匹配，然后无人机1开始降落。

请参阅图19，视图图形定位模块N024包括设置在机身底部的光流模块N0241、分析模块N0242和转换模块N0243。所述光流模块N0241用于摄取设置在车辆上的降落平台的降落标识图片，获得图片特征信息，摄取的图片可以理解为设置在车载降落辅助平台上的“H”型的定位轨。所述分析模块N0242用于根据光流模块N0241获得的图片特征信息计算获得实际降落点坐标，然后计算实际降落点坐标相对目标航点坐标的位置偏差，由转换模块N0243将位置偏差转化为速度误差，并将速度误差添加到目标速度中。

请再次参阅图19，视图图形定位模块N024还包括第二判断模块N0244，第二判断模块N0244，用于判断速度误差是否在一预设的阈值范围内，若在，动力装置N026驱动无人机降落，若不在，则需要重新调整无人机的飞行状态和车辆的运动状态匹配之后再降落。

所述控制装置N02还包括设置在机身11底部的第三距离传感器(图未视)，所述第三距离传感器用于测量无人机降落过程中的实时位置和目标位置的垂直距离，并将垂直距离信息发送给动力装置N026，使得控制装置N02更好的控制无人机1成功着陆。具体地，第三距离传感器为超声波传感器。

所述动力装置N026包括跟踪状态控制装置和降落控制装置。所述跟踪状态控制装置用于调整无人机1的位置信息、速度信息和车辆相匹配，达到降落条件，所述降落控制装置用于驱动所述无人机1达到降落条件之后降落。在一些具体的实施方式中，跟踪状态控制装置和降落控制装置可以分别为不同的两个电机。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：将车辆的速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量以及算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，以控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配，能很好的调整无人机的飞行信息和车辆的运动信息相匹配，保证无人机成功降落。

根据计算获得的、车辆的实际位置和算法更新周期计算所述无人机与车辆速度匹配时的目标速度，当目标速度和实际速度之间的差值在一阈值内时，无人机降落，否则需要新调整目标速度，通过调整无人机的目标速度和实际速度相匹配，使得无人机能顺利降落到目标位置上。

高度下降并降落至目标位置之前还包括步骤：获得目标位置上的实际降落点坐标，计算目标航点坐标和实际降落点坐标之间的坐标位置偏差，将坐标位置偏差转换成速度误差，将速度误差添加到目标速度中，当速度误差在一预设的阈值范围内时，无人机降落，否则需要将目标高度和目标速度转移到姿态目标上，重新调整目标速度，通过计算目标航点坐标和实际降落点坐标之间的位置偏差，将坐标偏差转换成速度误差，然后将速度误差添加到目标速度中，能进一步提高无人机成功着陆的可能性，增加无人机成功着陆的机会。

所述无人机车载跟踪降落系统包括设置在车辆上的地面站系统和设置在无人机上的飞控系统，通过设置在车辆上的地面站系统和设置在无人机上的飞控系统相配合，使得车辆的运动信息和无人机的飞行信息能很好的关联，很好的为调整车辆的运动状态和无人机的飞行状态相匹配。

设置第二距离传感器，使得无人机在降落的过程中，无人机的降落速度根据目标高度的高低去调整，保证无人机在达到降落点目标时，其转动速度速度趋近于零，使得无人机成功降落。

设置视觉图形定位模块去测量目标位置上的实际降落点坐标，并计算实际降落点坐标和目标航点坐标之间的误差，并将误差转换为控制量传送到动力装置上，使得动力装置驱动无人机更精准的降落到目标位置上，进一步提高无人机降落的概率。

以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机车载跟踪降落方法，其特征在于：用于控制无人机降落在地面上行驶的车辆上，包括如下步骤：开启无人机车载降落飞行模式；将车辆的速度信息、位置信息发送给无人机；无人机获取车辆的速度信息、位置信息；控制无人机飞到一预设高度范围内；将车辆的速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量以及算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，以控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配，以使所述无人机保持在运动状态，高度下降并降落至目标位置。

2.如权利要求1所述的无人机车载跟踪降落方法，其特征在于：将车辆的速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量以及算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，以控制无人机飞行信息和所述车辆运动信息相匹配，以使所述无人机保持在运动状态，高度下降并降落至目标位置包括如下步骤：通过车辆速度信息、位置信息结合无人机的位置量、速度量和算法更新周期计算获得目标航点，根据计算获得的目标航点、车辆的实际位置和算法更新周期计算所述无人机与车辆速度匹配时的目标速度，当目标速度和实际速度之间的差值在一阈值内时，无人机降落，否则需要重新调整目标速度。

3.如权利要求2所述的无人机车载跟踪降落方法，其特征在于：当目标速度和实际速度之间的差值在一阈值内时，无人机降落包括步骤：缓慢降低无人机的相对目标位置的高度；将目标高度和目标速度转换到姿态控制器上，运行设置在无人机上的姿态控制器以及电机使得无人机降落。

4.如权利要求2所述的无人机车载跟踪降落方法，其特征在于：目标速度和实际速度之间的差值不在一阈值内，重新调整目标速度包括步骤：通过无人机的最大加速度约束目标速度，将目标速度转化到姿态控制器上，运行姿态控制器且姿态控制器发出驱动信号到电机以控制无人飞行速度和高度。

5.如权利要求2所述的无人机车载跟踪降落方法，其特征在于：以使所述无人机保持在运动状态，高度下降并降落至目标位置之前还包括步骤：获得目标位置上的实际降落点坐标，计算目标航点坐标和实际降落点坐标之间的坐标位置偏差，将坐标位置偏差转换成速度误差，将速度误差添加到目标速度中，当速度误差在一预设的阈值范围内时，无人机降落，否则需要将目标高度和目标速度转移到姿态控制器上，运行姿态控制器和电机重新调整目标速度。

6.如权利要求1－5中任一项所述的实施无人机车载跟踪降落方法的无人机车载跟踪降落系统，其特征在于：所述无人机车载跟踪降落系统包括设置在车辆上的地面站系统和设置在无人机上的飞控系统，所述地面站系统用于开启无人机车载降落飞行模式并将车辆的运动信息发送给所述飞控系统；所述飞控系统设置在无人机上用于接收车辆信息并且调整无人机的飞行状态和车辆的运动状态相匹配，并进一步控制无人机降落，飞控系统包括信号接收模块和控制装置，所述信号接收模块用于接收所述地面站系统发出的车辆的运动信息，所述控制装置用于结合车辆的位置信息、速度信息以及无人机的位置量、速度量和算法更新周期获得控制量，进一步将控制量转化为姿态信息，所述动力装置用于基于姿态信息驱动无人机的飞行状态和车辆的运动状态相匹配，且驱动无人机降落到车辆上。

7.如权利要求6所述的无人机车载跟踪降落系统，其特征在于：所述控制装置包括第二距离传感器和动力装置，所述第二距离传感器用于测量无人机和地面的第一垂直距离，并根据第一垂直距离和目标位置相对地面的高度计算无人机和目标位置之间的第二垂直距离，所述动力装置根据所述第一垂直距离驱动所述无人机降落到一预设高度范围内。

8.如权利要求7所述的无人机车载跟踪降落系统，其特征在于：所述控制装置还包括第三距离传感器，所述第三距离传感器用于测量无人机降落过程中的实时位置和目标位置的垂直距离，并将垂直距离信息发送给动力装置。

9.如权利要求8所述的无人机车载跟踪降落系统，其特征在于：所述控制装置还包括GPS模块、惯性导航系统和姿态控制器，所述GPS模块和惯性导航系统用于测量无人机的位置量、速度量，所述惯性导航系统用于结合车辆的位置信息、速度信息以及无人机的位置量、速度量以及算法更新周期计算获得控制量并将控制量转化为姿态信息、进一步将姿态信息发送给姿态控制器，所述姿态控制器用于发出信号驱动所述动力装置调整所述无人机的速度、位置和所述车辆相匹配，并进一步控制无人机降落。

10.如权利要求8所述的无人机车载跟踪降落系统，其特征在于：所述控制装置还包括视觉图形定位模块，所述视觉图形定位模块用于测量目标位置上的实际降落点坐标，并计算实际降落点坐标和所述无人机的目标航点坐标之间的误差，并将误差转换为控制量传送到动力装置上，动力装置驱动无人机运动使得目标航点坐标和实际降落点坐标相匹配。

Images