一种低可视环境无人机地基辅助降落方法与流程

1.本发明涉及一种低可视环境无人机地基辅助降落方法，属于飞行器地基辅助降落领域。


背景技术：

2.无人机适应性强，可以满足许多不同场景的任务，随着人工智能技术的发展，无人机的工作越来越趋向于全自主化。对于确定任务剖面的飞行任务来说，无人机自主飞行中风险最大的阶段是自主安全降落。机载自主降落方式受限于载荷能力和计算能力的资源约束，存在作用距离近、实时性差、精度不足等缺点，尤其对应恶劣条件时很难满足精准安全的降落要求。
3.红外辐射是自然界中存在最为广泛的辐射，而大气、烟云等可吸收可见光和近红外线，但是对3～5μm和8～14μm的红外线却是透明的，因此，利用这两个波长窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到所需监控的目标。
4.目前国内外针对无人机低可视环境下的辅助降落方法的研究主要集中在采用性能更强的视觉系统以及借助gps设备等方面，研究思路是利用多种传感器融合辅助估计无人机的位姿信息，存在较大的设备局限性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于构建一种在低可视环境下利用红外摄像头与雷达结合的方式、地基引导无人机进行降落的方法，可以在卫星导航信号拒止条件下使用，在满足安全降落至机场跑道的同时，可以对机场附近建筑、特殊地形进行避让，也可以对有风险存在的航线重合空域对其它飞行器进行避让，尽可能提升降落安全性。
6.本发明的技术方案如下：一种低可视环境无人机地基辅助降落方法，包括如下步骤：步骤s1：无人机驶入地面基站雷达捕捉范围，地面基站读取无人机的平面相对位置（x1,y1）与速度v，将位置信息通过通讯系统传至无人机，无人机根据接收的信息调整航向，向机场靠近；步骤s2：无人机靠近机场，进入红外可视范围，开始下降；基站开启配备的热源发生装置；无人机红外摄像头识别基站位置，同时地面基站红外摄像装置识别无人机发动机，二者进行双向红外识别，配合基站雷达共同进行精确三维（x,y,z）定位；步骤s3：下降过程中，地面基站向无人机传递区域内建筑高度信息及特殊地形高差信息，引导无人机将飞行高度控制在风险区域高度阈值h；步骤s4：确定风险区域高度阈值后，地面基站读取该机场附近与目标无人机航线时空重合的飞行器航线信息，引导无人机进行避让；步骤s5：判断无人机是否满足安全降落高度阈值，如满足则向无人机发出指令开始进行着陆，否则令无人机复飞至初始高度，重新进入辅助降落步骤。
7.优选地，在所述步骤s1中，飞行环境为卫星导航信号拒止环境，但无人机与地面基站能够正常通讯。
8.优选地，在所述步骤s1中，无人机配备机载计算机，处理地面基站传递的信息并依次进行自主的位姿控制。
9.优选地，在所述步骤s2中，无人机携带红外影像识别系统；地面基站配置满足足够距离以识别到无人机发动机热源的红外影像识别系统。
10.优选地，在所述步骤s2中，地面基站配置能作为热源的功率可调发热系统，使携带不同分辨率的机载红外影像识别系统满足安全距离内识别到地面基站。
11.优选地，在所述步骤s3中，地面基站预先储存机场附近的建筑及特殊地形的高度及障碍物所处平面位置信息。
12.优选地，在所述步骤s3中，地面基站根据无人机型号信息及位置与运动信息计算出适合的风险区域高度阈值h。
13.优选地，在所述步骤s4中，地面基站实时读取机场的航线信息，地面基站配置计算机，结合航线信息判断出合适的避让方式并发送指令，引导无人机进行避让。
14.优选地，在所述步骤s5中，地面基站根据相对位置信息判断无人机是否满足安全降落高度阈值。
15.优选地，在所述步骤s2中，红外识别采用3～5μm和/或8～14μm的红外线。
16.与现有技术相比，本发明的低可视环境无人机地基辅助降落方法的优势在于以下几点：1、本发明的一种低可视环境无人机地基辅助降落方法，相比常规方法适应性强，且可以在机载卫星导航信号拒止条件下使用。
17.2、本发明的一种低可视环境无人机地基辅助降落方法，综合考虑了机场周围的复杂环境，同时考虑了机场其它飞行器的航线重叠，具有更高的安全性。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于说明本发明的技术方案。
19.图1为本发明一种低可视环境无人机地基辅助降落方法示意图；图2为本发明一种低可视环境无人机地基辅助降落方法流程图。
具体实施方式
20.为了更加明晰的阐述本发明的技术方案和内容，下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合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做出创造性劳动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。
22.可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在
不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.本发明提出一种低可视环境无人机地基辅助降落方法，其具体原理如图1、2所示，由于无人机从巡航状态出发，完成任务寻找降落机场时，处于低可视环境，同时为卫星导航信号拒止环境，无法自身定位到机场的位置。因此通过地面基站雷达，无人机与地面基站通讯连接，红外视觉识别共同作用辅助无人机进行精准的位姿估计。首先无人机进入地面基站的雷达有效识别范围，这一阶段对无人机进行航向的更改使其向机场飞行。距离进一步靠近后通过双向红外识别辅助雷达共同确定无人机与地面基站更准确的三维相对位置，无人机下降至建筑、地形避让高度阈值，此阶段结合机场的航线信息，也对其它飞行器进行安全避让，最终通过风险区域后无人机降落至机场跑道。
24.本发明低可视环境无人机地基辅助降落方法具体包括：步骤s1：无人机驶入地面基站雷达捕捉范围，地面基站读取无人机的平面相对位置（x1,y1）与速度v信息，将获得的信息通过通讯系统传至无人机，无人机根据接收的信息通过机载计算机进行处理并接入飞行控制系统，调整航向，向机场靠近。其中飞行环境可以为卫星导航信号拒止环境，但无人机与地面基站能够正常通讯，无人机需要配备机载计算机，可以处理地面基站传递的信息并依次进行自主的位姿控制。
25.步骤s2：当相对距离进一步缩小，无人机靠近机场，进入红外可视范围，开始下降；通过通讯发出指令使无人机开始下降，此时基站开启配备的热源发生装置；无人机红外摄像头识别基站位置，同时地面基站红外摄像装置识别无人机发动机，二者进行双向红外识别，配合基站雷达共同进行精确三维（x,y,z）定位。具体的，无人机可携带红外影像识别系统；地面基站需要配置满足足够距离以识别到无人机发动机热源的红外影像识别系统。红外识别采用3～5μm和/或8～14μm的红外线。且地面基站配置能作为热源的功率可调发热系统，使携带不同分辨率的机载红外影像识别系统可以满足安全距离内识别到地面基站。
26.步骤s3：在下降的同时，地面基站向无人机传递区域内建筑高度信息及特殊地形高差信息，并且由地面计算机根据无人机的型号及风险区域信息确定出此阶段无人机飞行高度阈值h，经过机载计算机引导无人机将飞行高度控制在此高度阈值h。具体的，地面基站需要预先储存机场附近的建筑及特殊地形的高度及障碍物所处平面位置信息，由此地面基站根据无人机型号信息及位置与运动信息可以计算出适合的风险区域高度阈值h。
27.步骤s4：确定风险区域高度阈值及控制完无人机的平飞高度后，地面基站接入机场附近上空的航线信息，实时读取机场的航线信息，计算出在飞机处于当前匀速平飞条件下，路径中与其它飞行器的航线具有时空重叠的情况，经过运算处理确定合适的避让方式及时机，通过通讯系统传递给无人机，引导其实时进行避让（拉升/下降/盘旋等，取决于具体航线信息），避让后恢复先前高度继续平飞等待下一步指令。地面基站需要配置计算机，结合航线信息判断出合适的避让方式并发送指令，引导无人机进行避让步骤s5：当无人机继续飞行靠近至降落位置，地面基站根据相对位置信息判断无人机是否满足安全降落的高度阈值，如果高度满足要求则向无人机发出指令引导无人机进行降落；如果不满足，则发送指令引导无人机复飞，重新回到进行雷达捕捉范围时的飞行高度，重新进入降落引导步骤。
28.以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技
术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。