專(zhuān)利名稱(chēng)：基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的無(wú)人直升機(jī)地形跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用于無(wú)人直升機(jī)地形跟蹤的方法，能夠高精度地實(shí)現(xiàn)無(wú)人直升機(jī)的地形 跟蹤飛行。主要應(yīng)用在航空航天、無(wú)人機(jī)和機(jī)器人等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地形跟蹤飛行是直升機(jī)的重要機(jī)動(dòng)飛行功能之一，主要目的是規(guī)避敵方探測(cè)和提 高自身生存力。傳統(tǒng)的地形跟蹤飛行多在地形跟蹤雷達(dá)的輔助下完成。由于地形跟蹤雷達(dá) 重量大，小型無(wú)人直升機(jī)難以裝備。因此，無(wú)人直升機(jī)通常采用激光雷達(dá)。然而，激光雷達(dá) 價(jià)格昂貴、重量較大，并非無(wú)人直升機(jī)，尤其是小型無(wú)人直升機(jī)的最佳選擇。由于普通的無(wú)人直升機(jī)通常都具有機(jī)載攝像機(jī)、高度傳感器和飛行控制計(jì)算機(jī)。 本發(fā)明在上述設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加一個(gè)激光發(fā)射器，使激光發(fā)射器、機(jī)載攝像機(jī)組成一 個(gè)基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的測(cè)距傳感器。隨后，在高度傳感器和飛行控制計(jì)算機(jī)的配合 下，使無(wú)人直升機(jī)可以實(shí)時(shí)探測(cè)距前方障礙物距離和距地高度，并隨之實(shí)時(shí)調(diào)整飛行軌跡， 以實(shí)現(xiàn)地形跟蹤功能。與傳統(tǒng)的地形跟蹤雷達(dá)(IOOKg級(jí))相比，本發(fā)明的重量要輕得多 (50g級(jí))，從而便于無(wú)人直升機(jī)攜帶；與激光雷達(dá)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，并能充 分利用無(wú)人直升機(jī)原有的機(jī)載設(shè)備，只需增加一個(gè)激光發(fā)射器即可實(shí)現(xiàn)地形跟蹤功能。因 此，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、改裝容易的優(yōu)點(diǎn)，并且不添加復(fù)雜昂貴的硬件，以軟件 升級(jí)為主，對(duì)無(wú)人直升機(jī)增重極少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠高精度地實(shí)現(xiàn)無(wú)人直升機(jī)地形跟蹤飛行的方法。本發(fā)明的特征在于，含有基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的測(cè)距傳感器、高度傳感器和 飛行控制計(jì)算機(jī)，其中，當(dāng)激光發(fā)射器向無(wú)人直升機(jī)前方照射的激光遇到障礙物時(shí)，會(huì)在其 上產(chǎn)生激光光點(diǎn)；機(jī)載攝像機(jī)拍攝到激光光點(diǎn)，并將視頻發(fā)送給飛行控制計(jì)算機(jī)；飛行控 制計(jì)算機(jī)根據(jù)該視頻中光點(diǎn)的位置，即可計(jì)算出無(wú)人直升機(jī)距前方障礙物的距離D ；飛行 控制計(jì)算機(jī)通過(guò)高度傳感器，可以獲知無(wú)人直升機(jī)當(dāng)前距地面的高度H，其中根據(jù)無(wú)人直升機(jī)當(dāng)前距障礙物距離D和離地高度H，以及設(shè)定的距障礙物距離Dc 和離地高度H。，飛行控制計(jì)算機(jī)持續(xù)地調(diào)整無(wú)人直升機(jī)的前飛速度和垂直速度(以調(diào)節(jié)垂 直速度為主)，以使無(wú)人直升機(jī)保持設(shè)定的距障礙物距離D。和離地高度H。，從而可以實(shí)現(xiàn)無(wú) 人直升機(jī)對(duì)復(fù)雜地形的實(shí)時(shí)跟蹤。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、改裝容易，不添加復(fù)雜昂貴的硬件，以軟 件升級(jí)為主，對(duì)無(wú)人直升機(jī)增重極少。與傳統(tǒng)的地形跟蹤雷達(dá)(IOOKg級(jí))相比，本發(fā)明的 重量要輕得多(50g級(jí))，可以被無(wú)人直升機(jī)所攜帶；與激光雷達(dá)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造 價(jià)低廉，其充分利用了無(wú)人直升機(jī)原有的機(jī)載設(shè)備，而只需增加一個(gè)激光發(fā)射器即可。


圖1是基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的無(wú)人直升機(jī)地形跟蹤方法的原理圖。圖中1.無(wú)人直升機(jī)，2.飛行控制計(jì)算機(jī)，3.基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的測(cè)距傳感 器，4.機(jī)載攝像機(jī)，5.激光發(fā)射器，6.激光，7.激光照射在目標(biāo)上的激光光點(diǎn)，8.高度傳感器。
具體實(shí)施例方式基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的無(wú)人直升機(jī)地形跟蹤方法由基于激光探測(cè)和圖像識(shí) 別的測(cè)距傳感器(3)、高度傳感器(8)和飛行控制計(jì)算機(jī)(2)組成。其中，基于激光探測(cè)和 圖像識(shí)別的測(cè)距傳感器(3)由機(jī)載攝像機(jī)(4)和激光發(fā)射器(5)組成。激光發(fā)射器(5)向無(wú)人直升機(jī)⑴前方照射激光(6)。當(dāng)激光(6)照射到前方的 障礙物時(shí)，會(huì)在其上產(chǎn)生激光光點(diǎn)(7)。機(jī)載攝像機(jī)(4)拍攝到激光光點(diǎn)(7)，并將視頻發(fā) 送給飛行控制計(jì)算機(jī)(2)。飛行控制計(jì)算機(jī)(2)根據(jù)該視頻中光點(diǎn)的位置即可計(jì)算出無(wú)人 直升機(jī)(1)距前方障礙物的距離D。飛行控制計(jì)算機(jī)(2)通過(guò)高度傳感器(8)，可以獲知無(wú) 人直升機(jī)(1)當(dāng)前距地面的高度H。根據(jù)無(wú)人直升機(jī)⑴當(dāng)前距障礙物距離D和離地高度H，以及設(shè)定的距障礙物距離 D。和離地高度H。，飛行控制計(jì)算機(jī)(2)持續(xù)地調(diào)整無(wú)人直升機(jī)(1)的前飛速度和垂直速度 (以調(diào)節(jié)垂直速度為主)，使無(wú)人直升機(jī)(1)保持設(shè)定的距障礙物距離D。和離地高度Hc近 似不變，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人直升機(jī)(1)對(duì)復(fù)雜地形的實(shí)時(shí)跟蹤飛行。
權(quán)利要求
基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的無(wú)人直升機(jī)地形跟蹤方法，其特征在于，含有基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的測(cè)距傳感器、高度傳感器和飛行控制計(jì)算機(jī)，其中，當(dāng)激光發(fā)射器向無(wú)人直升機(jī)前方照射的激光遇到障礙物時(shí)，會(huì)在其上產(chǎn)生激光光點(diǎn)；機(jī)載攝像機(jī)拍攝到激光光點(diǎn)，并將視頻發(fā)送給飛行控制計(jì)算機(jī)；飛行控制計(jì)算機(jī)根據(jù)該視頻中光點(diǎn)的位置即可計(jì)算出無(wú)人直升機(jī)距前方障礙物的距離D；飛行控制計(jì)算機(jī)通過(guò)高度傳感器，可以獲知無(wú)人直升機(jī)當(dāng)前距地面的高度H，其中根據(jù)無(wú)人直升機(jī)當(dāng)前距障礙物距離D和離地高度H，以及設(shè)定的距障礙物距離Dc和離地高度Hc，飛行控制計(jì)算機(jī)持續(xù)地調(diào)整無(wú)人直升機(jī)的前飛速度和垂直速度(以調(diào)節(jié)垂直速度為主)，使無(wú)人直升機(jī)保持設(shè)定的距障礙物距離Dc和離地高度Hc近似不變，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人直升機(jī)對(duì)復(fù)雜地形的實(shí)時(shí)跟蹤飛行。
全文摘要
基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的無(wú)人直升機(jī)地形跟蹤方法屬于無(wú)人機(jī)飛行控制技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，含有基于激光探測(cè)和圖像識(shí)別的測(cè)距傳感器、高度傳感器和飛行控制計(jì)算機(jī)，其中根據(jù)測(cè)距傳感器和高度傳感器分別測(cè)量得到的無(wú)人直升機(jī)距障礙物距離D和離地高度H，以及設(shè)定的距障礙物距離Dc和離地高度Hc，飛行控制計(jì)算機(jī)持續(xù)地調(diào)整無(wú)人直升機(jī)的前飛速度和垂直速度(以調(diào)節(jié)垂直速度為主)，使無(wú)人直升機(jī)保持設(shè)定的距障礙物距離Dc和離地高度Hc近似不變，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人直升機(jī)對(duì)復(fù)雜地形的實(shí)時(shí)跟蹤飛行。本發(fā)明只需為無(wú)人直升機(jī)增加少量硬件設(shè)備，即可精確、簡(jiǎn)便和可靠地實(shí)現(xiàn)地形跟蹤功能。
文檔編號(hào)G01C5/00GK101968353SQ201010297559
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者朱紀(jì)洪, 王冠林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)