基於雷射探測和圖像識別的無人直升機地形跟蹤方法

2023-06-16 20:28:16 2

專利名稱：基於雷射探測和圖像識別的無人直升機地形跟蹤方法
技術領域：
本發明是用於無人直升機地形跟蹤的方法，能夠高精度地實現無人直升機的地形 跟蹤飛行。主要應用在航空航天、無人機和機器人等技術領域。
背景技術：
地形跟蹤飛行是直升機的重要機動飛行功能之一，主要目的是規避敵方探測和提 高自身生存力。傳統的地形跟蹤飛行多在地形跟蹤雷達的輔助下完成。由於地形跟蹤雷達 重量大，小型無人直升機難以裝備。因此，無人直升機通常採用雷射雷達。然而，雷射雷達 價格昂貴、重量較大，並非無人直升機，尤其是小型無人直升機的最佳選擇。由於普通的無人直升機通常都具有機載攝像機、高度傳感器和飛行控制計算機。 本發明在上述設備的基礎上，通過添加一個雷射發射器，使雷射發射器、機載攝像機組成一 個基於雷射探測和圖像識別的測距傳感器。隨後，在高度傳感器和飛行控制計算機的配合 下，使無人直升機可以實時探測距前方障礙物距離和距地高度，並隨之實時調整飛行軌跡， 以實現地形跟蹤功能。與傳統的地形跟蹤雷達(IOOKg級)相比，本發明的重量要輕得多 (50g級)，從而便於無人直升機攜帶；與雷射雷達相比，本發明結構簡單，造價低廉，並能充 分利用無人直升機原有的機載設備，只需增加一個雷射發射器即可實現地形跟蹤功能。因 此，本發明具有結構簡單、造價低廉、改裝容易的優點，並且不添加複雜昂貴的硬體，以軟體 升級為主，對無人直升機增重極少。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠高精度地實現無人直升機地形跟蹤飛行的方法。本發明的特徵在於，含有基於雷射探測和圖像識別的測距傳感器、高度傳感器和 飛行控制計算機，其中，當雷射發射器向無人直升機前方照射的雷射遇到障礙物時，會在其 上產生雷射光點；機載攝像機拍攝到雷射光點，並將視頻發送給飛行控制計算機；飛行控 制計算機根據該視頻中光點的位置，即可計算出無人直升機距前方障礙物的距離D ；飛行 控制計算機通過高度傳感器，可以獲知無人直升機當前距地面的高度H，其中根據無人直升機當前距障礙物距離D和離地高度H，以及設定的距障礙物距離Dc 和離地高度H。，飛行控制計算機持續地調整無人直升機的前飛速度和垂直速度(以調節垂 直速度為主)，以使無人直升機保持設定的距障礙物距離D。和離地高度H。，從而可以實現無 人直升機對複雜地形的實時跟蹤。本發明的優點在於結構簡單、造價低廉、改裝容易，不添加複雜昂貴的硬體，以軟 件升級為主，對無人直升機增重極少。與傳統的地形跟蹤雷達(IOOKg級)相比，本發明的 重量要輕得多(50g級)，可以被無人直升機所攜帶；與雷射雷達相比，本發明結構簡單，造 價低廉，其充分利用了無人直升機原有的機載設備，而只需增加一個雷射發射器即可。


圖1是基於雷射探測和圖像識別的無人直升機地形跟蹤方法的原理圖。圖中1.無人直升機，2.飛行控制計算機，3.基於雷射探測和圖像識別的測距傳感 器，4.機載攝像機，5.雷射發射器，6.雷射，7.雷射照射在目標上的雷射光點，8.高度傳感器。
具體實施例方式基於雷射探測和圖像識別的無人直升機地形跟蹤方法由基於雷射探測和圖像識 別的測距傳感器(3)、高度傳感器(8)和飛行控制計算機(2)組成。其中，基於雷射探測和 圖像識別的測距傳感器(3)由機載攝像機(4)和雷射發射器(5)組成。雷射發射器(5)向無人直升機⑴前方照射雷射(6)。當雷射(6)照射到前方的 障礙物時，會在其上產生雷射光點(7)。機載攝像機(4)拍攝到雷射光點(7)，並將視頻發 送給飛行控制計算機(2)。飛行控制計算機(2)根據該視頻中光點的位置即可計算出無人 直升機(1)距前方障礙物的距離D。飛行控制計算機(2)通過高度傳感器(8)，可以獲知無 人直升機(1)當前距地面的高度H。根據無人直升機⑴當前距障礙物距離D和離地高度H，以及設定的距障礙物距離 D。和離地高度H。，飛行控制計算機(2)持續地調整無人直升機(1)的前飛速度和垂直速度 (以調節垂直速度為主)，使無人直升機(1)保持設定的距障礙物距離D。和離地高度Hc近 似不變，從而實現無人直升機(1)對複雜地形的實時跟蹤飛行。
權利要求
基於雷射探測和圖像識別的無人直升機地形跟蹤方法，其特徵在於，含有基於雷射探測和圖像識別的測距傳感器、高度傳感器和飛行控制計算機，其中，當雷射發射器向無人直升機前方照射的雷射遇到障礙物時，會在其上產生雷射光點；機載攝像機拍攝到雷射光點，並將視頻發送給飛行控制計算機；飛行控制計算機根據該視頻中光點的位置即可計算出無人直升機距前方障礙物的距離D；飛行控制計算機通過高度傳感器，可以獲知無人直升機當前距地面的高度H，其中根據無人直升機當前距障礙物距離D和離地高度H，以及設定的距障礙物距離Dc和離地高度Hc，飛行控制計算機持續地調整無人直升機的前飛速度和垂直速度(以調節垂直速度為主)，使無人直升機保持設定的距障礙物距離Dc和離地高度Hc近似不變，從而實現無人直升機對複雜地形的實時跟蹤飛行。
全文摘要
基於雷射探測和圖像識別的無人直升機地形跟蹤方法屬於無人機飛行控制技術領域，其特徵在於，含有基於雷射探測和圖像識別的測距傳感器、高度傳感器和飛行控制計算機，其中根據測距傳感器和高度傳感器分別測量得到的無人直升機距障礙物距離D和離地高度H，以及設定的距障礙物距離Dc和離地高度Hc，飛行控制計算機持續地調整無人直升機的前飛速度和垂直速度(以調節垂直速度為主)，使無人直升機保持設定的距障礙物距離Dc和離地高度Hc近似不變，從而實現無人直升機對複雜地形的實時跟蹤飛行。本發明只需為無人直升機增加少量硬體設備，即可精確、簡便和可靠地實現地形跟蹤功能。
文檔編號G01C5/00GK101968353SQ201010297559
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者朱紀洪, 王冠林 申請人:清華大學