CN114721441B - 多信源融合的车载无人机自主降落控制方法及装置 - Google Patents

多信源融合的车载无人机自主降落控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多信源融合的车载无人机自主降落控制方法。针对车载无人机在车载起降平台高速移动过程中的自主降落难题,本发明将成熟的RTK定位与视觉定位相融合,并摒弃复杂的信息融合算法,通过比较RTK定位模块与视觉定位模块的目标位置可信度并选用目标位置可信度较高定位模块的目标位置信息作为控制车载无人机自主降落的导航信息来源。本发明还公开了一种多信源融合的车载无人机自主降落控制装置。相比现有技术,本发明技术方案可大幅提高车载无人机在车载起降平台移动过程中的自主降落准确性和安全性,且具有算法简单,对软硬件要求低的优势。

Description

多信源融合的车载无人机自主降落控制方法及装置
技术领域
本发明涉及无人机控制技术领域,具体涉及一种多信源融合的车载无人机自主降落控制方法。
背景技术
无人机技术朝着自动化、智能化的方向飞速发展。其中,车载无人机系统一直受到广泛的关注。车载无人机系统主要由车载起降平台、无人机飞行平台、地面监控系统、定位系统、通讯设备及通讯链路等组成。车载无人机可以在车载起降平台上完成自主起飞,并根据需要完成自主跟随、监视、侦察、巡检等任务;在无人机低电量或者使用者发出返航指令时,车载无人机可以跟随移动的车载平台,完成自主跟踪与降落。车载无人机系统可以很好的补充当前无人机续航时间短、飞行半径小的缺点,同时大大节省了作业时间。
车载无人机在需要返航至车载起降平台时的移动着陆是该系统的技术难点,无人机首先需要精确定位车载起降平台的位置,其次需要在复杂环境下进行降落控制,且需要与起降平台进行硬接触,定位不准或降落失败很容易导致无人机坠毁,造成财产损失甚至人身安全危险。目前,一些车载降落系统使用纯视觉导航方案对车载起降平台进行定位,但纯视觉导航存在目标易丢失,受光照等环境影响大的缺点,降落成功率低;一些定位系统使用GPS定位,其不受环境影响,但是定位精度差,难以满足降落精度要求i;因此也有选择精度更高的RTK进行目标定位,但RTK定位系统高度依赖于通讯链路,在车载起降平台的移动速度较快时,通讯时延会导致无人机获取的降落点位置与车载起降平台的实际位置不同,从而导致无人机降落精度较差;RTK定位设备、通讯设备也容易受到外界环境的干扰而失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足,提供一种多信源融合的车载无人机自主降落控制方法,可大幅提高车载无人机在车载起降平台移动过程中的自主降落准确性和安全性,且具有算法简单,对软硬件要求低的优势。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题:
一种多信源融合的车载无人机自主降落控制方法,车载无人机在降落过程中分别通过RTK定位模块和视觉定位模块检测车载起降平台的位置,并选择RTK定位模块与视觉定位模块之中目标位置可信度较高的一个作为控制车载无人机自主降落的导航信息来源;其中,
RTK定位模块的目标位置可信度C的定义式如下:
C=Fix status ×(A+B+D)/3
式中,通信准确率A=(N total -N err )/ N total N total N err 分别表示单位时间内RTK定位模块所收到的车载起降平台的RTK定位数据包总数和其中数据校验错的数据包数量;通讯实时率B=M / N total M表示相邻两帧RTK定位数据包的时间间隔小于预设最大时间间隔的情形在单位时间内出现的次数;Fix status
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
;卫星定位可靠率D=Num/Num_max,Num_max表示单位时间内的定位卫星最大数量,Num表示当前的定位卫星数量;
视觉定位模块的目标位置可信度S的定义式如下:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
式中,目标捕获率P=P cap /P total P total P cap 分别表示视觉定位模块在单位时间内所获取到的图像帧总数和其中含有目标标识物的图像帧数;目标识别率
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
表示视觉定位模块对单位时间内所获取到的第i帧图像帧中的目标标识物的识别率。
进一步地,车载无人机在降落过程中根据车载无人机当前位置与车载起降平台中心的水平距离以及车载无人机当前位置与车载起降平台的垂直高度差,按照以下方法对降落过程进行控制:
当所述水平距离大于第一距离阈值时,控制无人机当前高度不变;若此时所述垂直高度差小于第一高度阈值,则复飞;
当所述水平距离大于第二距离阈值且小于等于第一距离阈值时,控制无人机低速下降;若此时所述垂直高度差小于第二高度阈值,则控制无人机当前高度不变;若此时所述垂直高度差小于第三高度阈值,则复飞;
当所述水平距离大于第三距离阈值且小于等于第二距离阈值时,控制无人机中速下降;若此时所述垂直高度差小于第二高度阈值且大于等于第三高度阈值,则控制无人机低速下降;若此时所述垂直高度差小于第三高度阈值,则控制无人机当前高度不变;
当所述水平距离小于等于第三距离阈值时,控制无人机快速下降;若此时无人机距离车载起降平台高度小于第二高度阈值,控制无人机低速下降;
其中,第一距离阈值>第二距离阈值>第三距离阈值,第一高度阈值>第二高度阈值>第三高度阈值。
进一步地,在需要对导航信息来源进行切换时,若RTK定位模块和视觉定位模块所检测到的车载起降平台的目标位置差距超出预设范围,则以切换前所使用定位模块所输出的目标位置为原点,切换后定位模块所输出的目标位置为目标点,使用三次曲线拟合法,以无人机最大速度、加速度限制作为约束条件,计算出原点与目标点之间的一条曲线,使用该曲线上的若干点作为路径点,控制无人机依次经过各个路径点最终到达目标点;若RTK定位模块和视觉模块所检测到的车载起降平台的目标位置差未超过预设范围,则直接使用切换定位模块后所输出的目标位置为目标点。
优选地,所述视觉定位模块使用设置在车载起降平台上的Apriltag码作为目标标识物。
优选地,所述视觉定位模块使用EPnP算法解算车载起降平台的位置信息。
基于同一发明构思还可以得到以下技术方案:
一种多信源融合的车载无人机自主降落控制装置,包括:
RTK定位模块,用于在车载无人机降落过程中通过RTK定位方法检测车载起降平台的位置;
视觉定位模块,用于在车载无人机降落过程中通过视觉定位方法检测车载起降平台的位置;
信源选择模块,用于选择RTK定位模块与视觉定位模块之中目标位置可信度较高的一个作为控制车载无人机自主降落的导航信息来源;其中,
RTK定位模块的目标位置可信度C的定义式如下:
C=Fix status ×(A+B+D)/3
式中,通信准确率A=(N total -N err )/ N total N total N err 分别表示单位时间内RTK定位模块所收到的车载起降平台的RTK定位数据包总数和其中数据校验错的数据包数量;通讯实时率B=M / N total M表示相邻两帧RTK定位数据包的时间间隔小于预设最大时间间隔的情形在单位时间内出现的次数;Fix status
Figure 509679DEST_PATH_IMAGE008
;卫星定位可靠率D=Num/Num_max,Num_max表示单位时间内的定位卫星最大数量,Num表示当前的定位卫星数量;
视觉定位模块的目标位置可信度S的定义式如下:
Figure 91839DEST_PATH_IMAGE010
式中,目标捕获率P=P cap /P total P total P cap 分别表示视觉定位模块在单位时间内所获取到的图像帧总数和其中含有目标标识物的图像帧数;目标识别率
Figure 843894DEST_PATH_IMAGE011
Figure 56570DEST_PATH_IMAGE007
表示视觉定位模块对单位时间内所获取到的第i帧图像帧中的目标标识物的识别率。
进一步地,所述多信源融合的车载无人机自主降落控制装置还包括:
控制模块,用于在降落过程中根据车载无人机当前位置与车载起降平台中心的水平距离以及车载无人机当前位置与车载起降平台的垂直高度差,按照以下方法对降落过程进行控制:
当所述水平距离大于第一距离阈值时,控制无人机当前高度不变;若此时所述垂直高度差小于第一高度阈值,则复飞;
当所述水平距离大于第二距离阈值且小于等于第一距离阈值时,控制无人机低速下降;若此时所述垂直高度差小于第二高度阈值,则控制无人机当前高度不变;若此时所述垂直高度差小于第三高度阈值,则复飞;
当所述水平距离大于第三距离阈值且小于等于第二距离阈值时,控制无人机中速下降;若此时所述垂直高度差小于第二高度阈值且大于等于第三高度阈值,则控制无人机低速下降;若此时所述垂直高度差小于第三高度阈值,则控制无人机当前高度不变;
当所述水平距离小于等于第三距离阈值时,控制无人机快速下降;若此时无人机距离车载起降平台高度小于第二高度阈值,控制无人机低速下降;
其中,第一距离阈值>第二距离阈值>第三距离阈值,第一高度阈值>第二高度阈值>第三高度阈值。
进一步地,在需要对导航信息来源进行切换时,若RTK定位模块和视觉定位模块所检测到的车载起降平台的位置差距超出预设范围,则以切换前所使用定位模块所输出的目标位置为原点,切换后定位模块所输出的目标位置为目标点,使用三次曲线拟合法,以无人机最大速度、加速度限制作为约束条件,计算出原点与目标点之间的一条曲线,使用该曲线上的若干点作为路径点,控制无人机依次经过各个路径点最终到达目标点;若RTK定位模块和视觉模块所检测到的车载起降平台的目标位置差未超过预设范围,则直接使用切换定位模块后所输出的目标位置为目标点。
优选地,所述视觉定位模块使用设置在车载起降平台上的Apriltag码作为目标标识物。
优选地,所述视觉定位模块使用EPnP算法解算车载起降平台的位置信息。
相比现有技术,本发明技术方案具有以下有益效果:
针对车载无人机在车载起降平台高速移动过程中的自主降落难题,本发明将成熟的RTK定位与视觉定位相融合,并摒弃复杂的信息融合算法,通过比较RTK定位模块与视觉定位模块的目标位置可信度并选用目标位置可信度较高定位模块的目标位置信息作为控制车载无人机自主降落的导航信息来源;本发明技术方案可大幅提高车载无人机在车载起降平台移动过程中的自主降落准确性和安全性,且具有算法简单,对软硬件要求低的优势。
附图说明
图1为车载无人机系统结构示意图;
图2为具体实施例中车载无人机整个返航过程的控制流程图;
图3为具体实施例中车载无人机降落过程中的导航信息来源切换流程示意图;
图4为具体实施例中车载无人机的复飞流程示意图。
具体实施方式
针对车载无人机在车载起降平台高速移动过程中的自主降落难题,本发明的解决思路是将RTK定位与视觉定位相融合,并摒弃复杂的信息融合算法,通过比较RTK定位模块与视觉定位模块的目标位置可信度并选用目标位置可信度较高定位模块的目标位置信息作为控制车载无人机自主移动降落的导航信息来源,从而有效提高无人机自主移动降落的准确性和安全性。
为了便于公众理解,下面通过一个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明:
本实施例中的车载无人机系统结构如图1所示,包括多旋翼无人机和车载起降平台。
其中,多旋翼无人机搭载有双天线RTK模块、九轴惯性传感器、含激光测距仪的光电吊舱、测距模块、机载计算设备、飞行控制单元、通讯设备;双天线RTK用以提供无人机当前的绝对位置、速度、航向等信息;九轴惯性传感器用以提供无人机当前的姿态、航向、加速度等信息;挂载于多旋翼无人机下方的含激光测距仪的光电吊舱设备用以获取目标图像、对目标进行测距等;测距模块用以测量降落时无人机与车载起降平台的相对高度信息;机载计算设备用以处理视觉图像信息、目标位置解算、接收控制指令、给飞行控制单元发送控制指令等;飞行控制单元用以处理机载计算设备给出的控制指令,并根据控制指令控制无人机的姿态进而保持或改变无人机的运动状态;通讯设备用以与车载起降平台设备、地面监控设备进行通讯。
车载起降平台搭载有2m×2m的降落板、RTK定位装置、通讯设备,降落板上喷涂有多个Apriltag码标识物为视觉模块提供可供识别的目标信息,RTK定位装置用以提供车载起降平台的实时位置、速度、航向,通讯设备用以与无人机进行实时通讯。
如图2所示,车载无人机的返航控制流程具体如下:
(1)无人机收到返航指令或者需要返航时,接收来自车载起降平台的实时位置信息;
(2)当无人机与车载起降平台的通讯链路不可用时,地面监控平台发送车载起降平台的实时位置给无人机;
(3)车载无人机接收到目标位置后,首先飞行至返航高度;
(4)车载无人机到达返航高度后,调转机头方向为车载起降平台移动方向;
(5)车载无人机调转机头方向后,在返航高度下,快速移动到正在移动的车载起降平台附近;
(6)以车载移动平台中心位置为圆心,设定半径为R的范围阈值,当车载无人机到达该范围内时,使用光电吊舱自动搜索车载起降平台;
(7)在范围阈值内,车载无人机以移动降落平台中心为目标,不断追赶该点;
(8)当光电吊舱搜索到车载起降平台上的标志物时,将图像传递给机载计算设备对所获得的图像进行处理,判断当前标志物是否正确;当标志物正确时,机载计算设备通过目标在图像像素坐标系下的像素坐标,结合光电吊舱以及无人机的当前位姿、光电吊舱激光测距仪测量值,使用EPnP算法解算出车载起降平台中心的当前位置信息;
具体位置解算步骤如下:
1)获得目标图像中心位置坐标在光电吊舱相机像素坐标系下的二维像素坐标;
2)像素坐标转换至图像坐标;
3)通过目标在图像坐标系下图像坐标与在相机坐标系下坐标的投影关系,结合光电吊舱激光测距仪的测距信息,使用EPnP算法将二维图像坐标转换到相机坐标系下,获得目标图像中心位置在相机坐标系下的三维坐标;
4)结合光电吊舱当前姿态以及无人机当前姿态信息,将目标在相机坐标系下的坐标转换到世界坐标系下,获得车载起降平台中心在世界坐标系下相对于无人机的位置;
(9)实时计算视觉定位目标位置可信度S,用以表征通过视觉获得的目标位置可信度, S越大,表明视觉获得的目标位置可信度越高;反之,S越小,表明视觉获得的目标位置可信度越小;计算车载RTK目标位置可信度C,用以表征通过RTK获得的目标位置可信度,C越大,表明通过无人机通过与车载起降平台通讯链路获得的车载起降平台的位置可信度越高;反之,C越小,表明通过通讯链路获得的目标位置可信度越小;具体地,
RTK定位模块的目标位置可信度C的定义式如下:
C=Fix status ×(A+B+D)/3
式中,通信准确率A=(N total -N err )/ N total N total N err 分别表示单位时间内RTK定位模块所收到的车载起降平台的RTK定位数据包总数和其中数据校验错的数据包数量;通讯实时率B=M / N total M表示相邻两帧RTK定位数据包的时间间隔小于预设最大时间间隔的情形在单位时间内出现的次数;Fix status
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
;卫星定位可靠率D=Num/Num_max,Num_max表示单位时间内的定位卫星最大数量,Num表示当前的定位卫星数量;
视觉定位模块的目标位置可信度S的定义式如下:
Figure 244975DEST_PATH_IMAGE014
式中,目标捕获率P=P cap /P total P total P cap 分别表示视觉定位模块在单位时间内所获取到的图像帧总数和其中含有目标标识物的图像帧数;目标识别率
Figure DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表示视觉定位模块对单位时间内所获取到的第i帧图像帧中的目标标识物的识别率;
(10)对SC进行比较,当S大于C时,认为视觉所得的车载起降平台位置较为准确;反之,认为通过通讯链路所得的车载RTK位置信息较为准确;在着陆过程中,实时计算SC,当车载RTK位置较为可靠时,使用车载RTK位置作为无人机的期望位置;反之,使用视觉获得的目标位置作为无人机的期望位置;
可选的,在无无光等视觉环境过差的情况导致视觉目标位置可信度S<S min(S min为允许的视觉最小可信度)时,可以单独使用车载RTK数据作为导航信息源;并采用扩展卡尔曼滤波器对车载起降平台的运动进行实时预测,预测量取决于无人机获取车载RTK数据的步长;
可选的,在车载无人机与车载起降平台的通讯系统不工作或车载RTK设备不工作等情况导致车载RTK位置可信权重系数C<C min(C min为允许的车载RTK最小可靠度),可以单独使用视觉作为导航信息源;并采用卡尔曼滤波器对不同图像帧的目标进行运动预测,以获得较为准确的车载起降平台运动信息以提升实时性;
进一步地,为保证在位置来源切换时,切换前的期望位置与切换后的位置不会有较大的偏差,如图3所示,对目标位置来源变化后的位置进行以下处理;
在需要对导航信息来源进行切换时,如RTK定位模块和视觉定位模块所检测到的车载起降平台的位置差距超出预设范围,则以切换前所使用定位模块所输出的目标位置为原点,切换后定位模块所输出的目标位置为目标点,使用三次曲线拟合法,以无人机最大速度、加速度限制作为约束条件,计算出原点与目标点之间的一条曲线,使用该曲线上的若干点作为路径点,控制无人机依次经过各个路径点最终到达目标点;
(11)无人机将得到的目标位置作为在期望位置,机载计算设备通过PID控制器输出得到无人机的期望速度,并将期望速度输入飞行控制单元;
(12)飞行控制单元将期望速度经过串级PID控制器控制无人机的姿态,从而控制无人机的运动,最终控制无人机在水平面内保持对移动状态下车载起降平台中心的相对静止;
(13)在水平面内设置以车载起降平台中心位置为圆心的一组同心圆,本实施例中所采用的同心圆半径分别为0.3m、0.6m、1m,分别对应第三距离阈值、第二距离阈值与第一距离阈值;以设定的距离阈值作为限定条件,控制无人机的高度下降过程,并在无人机降落至车载起降平台的过程中,加入复飞功能,以保证无人机降落过程中不会降落到车载起降平台的边缘或者撞击到障碍物上;本实施例中无人机末端着陆过程具体如下:1)当无人机当前位置距离当前圆心大于1m时,控制无人机当前高度不变;若此时无人机距离车载起降平台高度小于2m,则复飞;
2)当无人机当前位置距离当前圆心大于0.6m,小于1m时,控制无人机低速下降;若此时无人机距离车载起降平台高度小于1m,则控制无人机当前高度不变;若此时无人机距离车载起降平台高度小于0.5m,则复飞;
3)当无人机当前位置距离当前圆心大于0.3m,小于0.6m时,控制无人机中速下降;若此时无人机距离车载起降平台高度小于1m,控制无人机低速下降;若此时无人机距离车载起降平台高度小于0.5m,则控制无人机当前高度不变;
4)当无人机当前位置距离当前圆心小于0.3m时,控制无人机快速下降;若此时无人机距离车载起降平台高度小于1m,控制无人机当前下降速度为低速,避免无人机下降速度过快与车载起降平台发生撞击;
上述的低速、中速、快速下降速度可以根据不同机型进行调整,本实施例中设定为0.5m/s,1m/s以及1.5m/s。
本实施例中无人机的复飞机制具体如下:
复飞过程中会依据无人机当前位置与车载起降平台中心位置以及无人机当前高度实时判定是否可以进行复降;复飞过程中无人机无人机会努力靠近车载起降平台中心的位置;若复飞过程中始终不满足复降条件,无人机将以复飞距离为原点,上升至原点上方一定距离后,重新进入车载降落阶段;若复飞过程中,在一定时间内满足复降条件,则重新进入降落阶段;复降条件为判定无人机当前位置与车载起降平台中心位置的误差是否在一定时间内保持在一定的阈值内,该阈值可根据无人机的脚架宽度、车载起降平台的大小等进行调整,本实例设定为0.5m;当无人机在复降过程中,无人机稳定在该范围内时间达到0.5秒,则认为可以复降;复飞流程如图4所示;
(14)当无人机底部的测距模块测距值到达设定值,且无人机当前位置与车载起降平台中心位置的误差小于0.3m时,无人机自动切断动力,无人机被抛降到车载起降平台上,单次车载降落任务完成。

Claims (10)

1.一种多信源融合的车载无人机自主降落控制方法,其特征在于,车载无人机在降落过程中分别通过RTK定位模块和视觉定位模块检测车载起降平台的位置,并选择RTK定位模块与视觉定位模块之中目标位置可信度较高的一个作为控制车载无人机自主降落的导航信息来源;其中,
RTK定位模块的目标位置可信度C的定义式如下:
C=Fix status ×(A+B+D)/3
式中,通信准确率A=(N total -N err )/ N total N total N err 分别表示单位时间内RTK定位模块所收到的车载起降平台的RTK定位数据包总数和其中数据校验错的数据包数量;通讯实时率B=M / N total M表示相邻两帧RTK定位数据包的时间间隔小于预设最大时间间隔的情形在单位时间内出现的次数;Fix status
Figure DEST_PATH_IMAGE001
;卫星定位可靠率D=Num/Num_max,Num_max表示单位时间内的定位卫星最大数量,Num表示当前的定位卫星数量;
视觉定位模块的目标位置可信度S的定义式如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE003
式中,目标捕获率P=P cap /P total P total P cap 分别表示视觉定位模块在单位时间内所获取到的图像帧总数和其中含有目标标识物的图像帧数;目标识别率
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示视觉定位模块对单位时间内所获取到的第i帧图像帧中的目标标识物的识别率。
2.如权利要求1所述多信源融合的车载无人机自主降落控制方法,其特征在于,车载无人机在降落过程中根据车载无人机当前位置与车载起降平台中心的水平距离以及车载无人机当前位置与车载起降平台的垂直高度差,按照以下方法对降落过程进行控制:
当所述水平距离大于第一距离阈值时,控制无人机当前高度不变;若此时所述垂直高度差小于第一高度阈值,则复飞;
当所述水平距离大于第二距离阈值且小于等于第一距离阈值时,控制无人机低速下降;若此时所述垂直高度差小于第二高度阈值,则控制无人机当前高度不变;若此时所述垂直高度差小于第三高度阈值,则复飞;
当所述水平距离大于第三距离阈值且小于等于第二距离阈值时,控制无人机中速下降;若此时所述垂直高度差小于第二高度阈值且大于等于第三高度阈值,则控制无人机低速下降;若此时所述垂直高度差小于第三高度阈值,则控制无人机当前高度不变;
当所述水平距离小于等于第三距离阈值时,控制无人机快速下降;若此时无人机距离车载起降平台高度小于第二高度阈值,控制无人机低速下降;
其中,第一距离阈值>第二距离阈值>第三距离阈值,第一高度阈值>第二高度阈值>第三高度阈值。
3.如权利要求1或2所述多信源融合的车载无人机自主降落控制方法,其特征在于,在需要对导航信息来源进行切换时,若RTK定位模块和视觉定位模块所检测到的车载起降平台的目标位置差距超出预设范围,则以切换前所使用定位模块所输出的目标位置为原点,切换后定位模块所输出的目标位置为目标点,使用三次曲线拟合法,以无人机最大速度、加速度限制作为约束条件,计算出原点与目标点之间的一条曲线,使用该曲线上的若干点作为路径点,控制无人机依次经过各个路径点最终到达目标点;若RTK定位模块和视觉模块所检测到的车载起降平台的目标位置差未超过预设范围,则直接使用切换定位模块后所输出的目标位置为目标点。
4.如权利要求1或2所述多信源融合的车载无人机自主降落控制方法,其特征在于,所述视觉定位模块使用设置在车载起降平台上的Apriltag码作为目标标识物。
5.如权利要求1或2所述多信源融合的车载无人机自主降落控制方法,其特征在于,所述视觉定位模块使用EPnP算法解算车载起降平台的位置信息。
6.一种多信源融合的车载无人机自主降落控制装置,其特征在于,包括:
RTK定位模块,用于在车载无人机降落过程中通过RTK定位方法检测车载起降平台的位置;
视觉定位模块,用于在车载无人机降落过程中通过视觉定位方法检测车载起降平台的位置;
信源选择模块,用于选择RTK定位模块与视觉定位模块之中目标位置可信度较高的一个作为控制车载无人机自主降落的导航信息来源;其中,
RTK定位模块的目标位置可信度C的定义式如下:
C=Fix status ×(A+B+D)/3
式中,通信准确率A=(N total -N err )/ N total N total N err 分别表示单位时间内RTK定位模块所收到的车载起降平台的RTK定位数据包总数和其中数据校验错的数据包数量;通讯实时率B=M / N total M表示相邻两帧RTK定位数据包的时间间隔小于预设最大时间间隔的情形在单位时间内出现的次数;Fix status
Figure 221813DEST_PATH_IMAGE009
;卫星定位可靠率D=Num/Num_max,Num_max表示单位时间内的定位卫星最大数量,Num表示当前的定位卫星数量;
视觉定位模块的目标位置可信度S的定义式如下:
Figure 325904DEST_PATH_IMAGE011
式中,目标捕获率P=P cap /P total P total P cap 分别表示视觉定位模块在单位时间内所获取到的图像帧总数和其中含有目标标识物的图像帧数;目标识别率
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示视觉定位模块对单位时间内所获取到的第i帧图像帧中的目标标识物的识别率。
7.如权利要求6所述多信源融合的车载无人机自主降落控制装置,其特征在于,还包括:
控制模块,用于在降落过程中根据车载无人机当前位置与车载起降平台中心的水平距离以及车载无人机当前位置与车载起降平台的垂直高度差,按照以下方法对降落过程进行控制:
当所述水平距离大于第一距离阈值时,控制无人机当前高度不变;若此时所述垂直高度差小于第一高度阈值,则复飞;
当所述水平距离大于第二距离阈值且小于等于第一距离阈值时,控制无人机低速下降;若此时所述垂直高度差小于第二高度阈值,则控制无人机当前高度不变;若此时所述垂直高度差小于第三高度阈值,则复飞;
当所述水平距离大于第三距离阈值且小于等于第二距离阈值时,控制无人机中速下降;若此时所述垂直高度差小于第二高度阈值且大于等于第三高度阈值,则控制无人机低速下降;若此时所述垂直高度差小于第三高度阈值,则控制无人机当前高度不变;
当所述水平距离小于等于第三距离阈值时,控制无人机快速下降;若此时无人机距离车载起降平台高度小于第二高度阈值,控制无人机低速下降;
其中,第一距离阈值>第二距离阈值>第三距离阈值,第一高度阈值>第二高度阈值>第三高度阈值。
8.如权利要求6或7所述多信源融合的车载无人机自主降落控制装置,其特征在于,在需要对导航信息来源进行切换时,若RTK定位模块和视觉定位模块所检测到的车载起降平台的位置差距超出预设范围,则以切换前所使用定位模块所输出的目标位置为原点,切换后定位模块所输出的目标位置为目标点,使用三次曲线拟合法,以无人机最大速度、加速度限制作为约束条件,计算出原点与目标点之间的一条曲线,使用该曲线上的若干点作为路径点,控制无人机依次经过各个路径点最终到达目标点;若RTK定位模块和视觉模块所检测到的车载起降平台的目标位置差未超过预设范围,则直接使用切换定位模块后所输出的目标位置为目标点。
9.如权利要求6或7所述多信源融合的车载无人机自主降落控制装置,其特征在于,所述视觉定位模块使用设置在车载起降平台上的Apriltag码作为目标标识物。
10.如权利要求6或7所述多信源融合的车载无人机自主降落控制装置,其特征在于,所述视觉定位模块使用EPnP算法解算车载起降平台的位置信息。
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