基于计算机视觉的无人机自主着舰导引技术研究

摘要

为了实现无人机全天候自主精确着舰，本文提出以GPS/捷联惯导结合高度表为无人机的主导航系统，以基于舰船跑道上自控发射红外辐射合作目标的计算机视觉/捷联惯导结合高度表为辅的无人机自主着舰导引方案，即在舰船跑道上放置合作目标，利用计算机视觉对合作目标进行识别，最终实现无人机自主精确着舰导引。同时，该技术可以解决基于GPS/捷联惯导为主导航系统的无人机的GPS受他国控制和易受干扰的潜在危险问题。 在综合分析无人机着舰要求和条件的基础上，结合可见光和红外辐射在大气中的传输特性、舰船本身的辐射以及合作目标温度控制的快速性和精确性要求，通过实验确定了红外波段中的 为机载视觉系统的对应波段。通过理论分析和实验确定了合作目标对应光谱辐射效率最大的温度范围为 。同时进行了可控温合作目标的设计和研制，并提出了与合作目标进行无线通信实现合作目标自动开启的方案。 在合作目标的识别部分，提出利用仿射不变矩的方法进行合作目标的识别，并从仿射不变矩特征项中优化出最佳特征项组合。提出了从合作目标图像中提取特征点的方法，并利用提取出的特征点以及与无人机着舰相关的坐标系之间的转换关系，求解出无人机相对于跑道坐标系的俯仰角、滚动角以及偏航角等着舰所需参数，最终完成无人机的自主着舰导引基础研究。实验结果表明，应用仿射不变矩对本文中设计的合作目标平均识别时间为17.2ms，能够明显提高无人机自主着舰的可靠性和实时性。