阅读说明：本技术 一种垂直起降无人机着舰系统及着舰方法 (Carrier landing system and method for vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle ) 是由 闫志安 杨云志 徐亮 何孝游 赵健 李蒙 聂禾玮 于 2019-12-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种垂直起降无人机着舰系统,包括无人机和舰载微波天线；无人机装载有机载接收机、摄像头；无人机会先根据舰载微波天线发送的微波信号的引导至距离目标舰艇第二距离范围内；在第二距离范围内时会通过摄像头识别目标舰艇的视觉导航图像,然后根据视觉导航图像引导至目标坚挺上空并完成着舰。由于在整个着舰过程中不需要通过卫星定位,不会受到舰船设备的干扰,从而可以实现无人机的安全着舰。本发明还提供了一种垂直起降无人机着舰方法,同样具有上述有益效果。(The invention discloses a landing system of a vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle, which comprises an unmanned aerial vehicle and a carrier-based microwave antenna; the unmanned aerial vehicle is loaded with an airborne receiver and a camera; leading the unmanned plane to be within a second distance range from a target ship according to microwave signals sent by a ship-based microwave antenna; and when the distance is within the second distance range, the visual navigation image of the target naval vessel is identified through the camera, and then the target is guided to be in the air and finish the landing according to the visual navigation image. Because satellite positioning is not needed in the whole carrier landing process, interference of ship equipment is avoided, and therefore safe carrier landing of the unmanned aerial vehicle can be achieved. The invention also provides a method for landing the unmanned aerial vehicle on the ship in vertical take-off and landing, and the method has the beneficial effects.)

一种垂直起降无人机着舰系统及着舰方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种垂直起降无人机着舰系统以及一种垂直起降无人机着舰方法。

背景技术

现有的中小型舰艇上由于缺少尺寸较小，可供无人机起降的地方有限，一般只够无人机进行垂直起飞和降落，导致固定翼无人机不能在舰船上起降，同时又缺少合适的舰船精准着舰系统，垂直起降无人机在载舰船上起降也很困难，因此鲜有垂直起降无人机在舰船上装备。国内外几款报道的垂直起降无人机在舰船上起降的案例，基本都是用的RTK卫星引导着舰方案，但是卫星引导方案很容易受舰船设备和其他干扰，舰载雷达和设备开机时卫星信号受干扰严重，基本不能满足使用要求，因此目前还没有成熟适合中小型舰艇的垂直起降无人机精准着舰系统。所以如何提供一种垂直起降无人机着舰系统是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂直起降无人机着舰系统，可以实现无人机的安全着舰；本发明还提供了一种垂直起降无人机着舰方法，可以实现无人机的安全着舰。

为解决上述技术问题，本发明提供一种垂直起降无人机着舰系统，包括无人机和舰载微波天线；所述无人机装载有机载接收机和摄像头；

所述舰载微波天线，用于当所述无人机与目标舰艇的距离处于第一距离范围内时，向所述无人机发送的微波信号；

所述无人机用于：

当所述机载接收机接收到所述微波信号时，根据所述微波信号飞行至距离所述目标舰艇第二距离范围内；

当所述无人机与所述目标舰艇的距离处于所述第二距离范围内时，通过所述摄像头获取所述目标舰艇的视觉导航图像；

根据所述视觉导航图像确定所述目标舰艇，并飞行至所述目标舰艇上空；

下降至所述目标舰艇甲板表面预设的降落点，以完成所述无人机的着舰。

可选的，所述无人机下表面设置有机载锁紧接头，所述目标舰艇的降落点设置有地面锁紧装置；

所述无人机还用于：

当所述下降至所述目标舰艇甲板表面预设的降落点之后，通过所述地面锁紧装置固定所述机载锁紧接头，以使所述无人机固定于所述降落点。

可选的，所述降落点设置有地面二维图像，所述无人机具体用于：

通过所述摄像头获取所述地面二维图像；

根据所述地面二维图像在所述目标舰艇的上空与所述降落点相互对位。

可选的，所述无人机还装载有毫米波雷达；所述无人机具体用于：

在根据所述视觉导航图像确定所述目标舰艇之后，通过所述毫米波雷达获取当前所述无人机与所述目标舰艇之间的距离参数；

根据所述距离参数飞行至所述目标舰艇上空。

可选的，所述无人机还装载有处理器，所述无人机设置有导航飞控模块；

所述处理器用于：

从所述视觉导航图像中识别出所述目标舰艇，并从所述视觉导航图像中确定所述无人机与所述目标舰艇之间的第一方位参数；

所述导航飞控模块用于：

根据所述第一方位参数调整所述无人机的姿态，以对准所述目标舰艇。

可选的，所述处理器还用于：

从所述地面二维图像中识别出所述降落点，并从所述地面二维图像中确定所述无人机与所述降落点之间的第二方位参数；

所述导航飞控模块还用于：

根据所述第二方位参数调整所述无人机的姿态，以对准所述降落点。

可选的，所述摄像头为双目摄像头。

可选的，所述无人机设置有卫星天线；

所述无人机还用于：

当所述卫星天线接收到卫星信号时，根据所述卫星信号飞行至与所述目标舰艇的距离为所述第一距离范围内。

可选的，所述第一距离范围为500m至25km，包括端点值；所述第二距离范围为0m至500m，包括端点值。

本发明还提供了一种垂直起降无人机着舰方法，应用于无人机，包括：

当所述无人机与目标舰艇的距离处于第一距离范围内时，通过机载接收机接收舰载微波天线发送的微波信号；所述无人机装载有机载接收机和摄像头；

根据所述微波信号飞行至距离所述目标舰艇第二距离范围内；

当所述无人机与所述目标舰艇的距离处于所述第二距离范围内时，通过所述摄像头获取所述目标舰艇的视觉导航图像；

根据所述视觉导航图像确定所述目标舰艇，并飞行至所述目标舰艇上空；

下降至所述目标舰艇甲板表面预设的降落点，以完成所述无人机的着舰。

本发明所提供的一种垂直起降无人机着舰系统，包括无人机和舰载微波天线；无人机装载有机载接收机、摄像头；无人机会先根据舰载微波天线发送的微波信号的引导至距离目标舰艇第二距离范围内；在第二距离范围内时会通过摄像头识别目标舰艇的视觉导航图像，然后根据视觉导航图像引导至目标坚挺上空并完成着舰。由于在整个着舰过程中不需要通过卫星定位，不会受到舰船设备的干扰，从而可以实现无人机的安全着舰。

本发明还提供了一种垂直起降无人机着舰方法，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种垂直起降无人机着舰系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种垂直起降无人机着舰系统的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种垂直起降无人机着舰方法的流程图。

图中：1.无人机、2.机载锁紧接头、11.导航飞控模块、12.摄像头、13.处理器、14.毫米波雷达、15.机载接收机、16.舰载微波天线、17.卫星天线、18.地面站。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种垂直起降无人机着舰系统。在现有技术中，无人机着舰基本都是用的RTK卫星引导着舰方案，但是卫星引导方案很容易受舰船设备和其他干扰，舰载雷达和设备开机时卫星信号受干扰严重，基本不能满足使用要求。

而本发明所提供的一种垂直起降无人机着舰系统，包括无人机和舰载微波天线；无人机装载有机载接收机、摄像头；无人机会先根据舰载微波天线发送的微波信号的引导至距离目标舰艇第二距离范围内；在第二距离范围内时会通过摄像头识别目标舰艇的视觉导航图像，然后根据视觉导航图像引导至目标坚挺上空并完成着舰。由于在整个着舰过程中不需要通过卫星定位，不会受到舰船设备的干扰，从而可以实现无人机的安全着舰。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种垂直起降无人机着舰系统的结构示意图。

参见图1，在本发明实施例中，垂直起降无人机着舰系统包括无人机1和舰载微波天线16；所述无人机1装载有机载接收机15和摄像头12；所述舰载微波天线16，用于当所述无人机1与目标舰艇的距离处于第一距离范围内时，向所述无人机1发送的微波信号；所述无人机1用于：当所述机载接收机15接收到所述微波信号时，根据所述微波信号飞行至距离所述目标舰艇第二距离范围内；当所述无人机1与所述目标舰艇的距离处于所述第二距离范围内时，通过所述摄像头12获取所述目标舰艇的视觉导航图像；根据所述视觉导航图像确定所述目标舰艇，并飞行至所述目标舰艇上空；下降至所述目标舰艇甲板表面预设的降落点，以完成所述无人机1的着舰。

上述舰载微波天线16设置于目标舰艇中，用于向无人机1发射微波信号。具体的，在本发明实施例中舰载微波天线16用于当无人机1与目标舰艇的距离处于第一距离范围内时，向无人机1发送的微波信号。需要说明的是，上述第一距离范围通常为一区间，当无人机1位于该区间内，通常为无人机1与目标舰艇的距离处于中等距离内时，舰载微波天线16会向无人机1发送的微波信号。通常情况下，目标舰艇中通常设置有地面站18，该地面站18通常会控制该舰载微波天线16发送微波信号。

上述无人机1装载有机载接收机15和摄像头12，其中机载接收机15用于接收舰载微波天线16发送的微波信号，无人机1会根据该微波信号的引导向目标舰艇移动，移动至距离目标舰艇第二距离范围内。具体的，上述舰载微波天线16、机载接收机15以及相关装置通常会依据MLS(微波着陆系统)设置，即在本发明实施例中，具体可以通过MLS实现在非GPS信号下引导无人机1靠近目标舰艇。有关MLS的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

当上述无人机1从距离目标舰艇在第一距离范围内移动至第二距离范围内时，无人机1可以通过摄像头12获取目标舰艇的视觉导航图像，该视觉导航图像通常包括有无人机1需要着舰的目标舰艇的标识信息，以便无人机1依据图像识别技术，从视觉导航图像中识别出目标舰艇。在本发明实施例中，无人机1可以依据图像识别，确定目标舰艇，并飞行至目标舰艇上空。有关无人机1飞行至目标舰艇上空的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。有关视觉导航图像的具体内容可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

当无人机1飞行至目标舰艇上空之后，会下降至标舰艇甲板表面预设的降落点，以完成所述无人机1的着舰。具体的，在本发明实施例中无人机1下表面可以设置有机载锁紧接头2，而目标舰艇的降落点可以设置有地面锁紧装置。上述有机载锁紧接头2与地面锁紧装置需要相互对应，地面锁紧装置可以锁紧机载锁紧接头2以固定连接。上述无人机1还额可以用于：当所述下降至所述目标舰艇甲板表面预设的降落点之后，通过所述地面锁紧装置固定所述机载锁紧接头2，以使所述无人机1固定于所述降落点。当面锁紧装置锁紧机载锁紧接头2之后，可以将无人机1固定在降落点，以防止无人机1在甲板表面移动。

具体的，在本发明实施例中所述降落点设置有地面二维图像，所述无人机1具体用于：通过所述摄像头12获取所述地面二维图像；根据所述地面二维图像在所述目标舰艇的上空与所述降落点相互对位。地面二维图像通常设置在降落点，该地面二维图像中通常包括有方位信息。当无人机1飞行至目标舰艇上空时，可以通过摄像头12捕获该地面二维图像，进而无人机1可以根据该地面二维图像，基于图像识别分析出二维图像中包括的方位信息，进而无人机1可以根据该方位信息调整无人机1的姿态，通常是无人机1中设置的导航飞控模块11根据该方位信息调整无人机1的姿态，以对准降落点，进而便于后续无人机1降落。需要说明的是，目标舰艇的上空并不仅仅为目标舰艇的正上方，只要能使无人机1中装载的摄像头12可以获取该地面二维图像的范围通常均属于目标舰艇的上空。

本发明实施例所提供的一种垂直起降无人机着舰系统，包括无人机1和舰载微波天线16；无人机1装载有机载接收机15、摄像头12；无人机1会先根据舰载微波天线16发送的微波信号的引导至距离目标舰艇第二距离范围内；在第二距离范围内时会通过摄像头12识别目标舰艇的视觉导航图像，然后根据视觉导航图像引导至目标坚挺上空并完成着舰。由于在整个着舰过程中不需要通过卫星定位，不会受到舰船设备的干扰，从而可以实现无人机1的安全着舰。

有关本发明所提供的一种垂直起降无人机着舰系统的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种垂直起降无人机着舰系统的结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对外场天线测试系统的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图2，在本发明实施例中，所述无人机1还装载有毫米波雷达14；所述无人机1具体用于：在根据所述视觉导航图像确定所述目标舰艇之后，通过所述毫米波雷达14获取当前所述无人机1与所述目标舰艇之间的距离参数；根据所述距离参数飞行至所述目标舰艇上空。

上述无人机1装载的毫米波雷达14可以向外发射毫米波，根据返回的毫米波可以测量无人机1与目标舰艇之间的距离参数。具体的，无人机1具体会根据视觉导航图像确定目标舰艇之后，通过装载的毫米波雷达14获取当前无人机1与目标舰艇之间的距离参数；之后，无人机1，通常是无人机1中设置的导航飞控模块11根据所述距离参数飞行至目标舰艇上空。

具体的，在本发明实施例中，所述无人机1还装载有处理器13，所述无人机1设置有导航飞控模块11；所述处理器13用于：从所述视觉导航图像中识别出所述目标舰艇，并从所述视觉导航图像中确定所述无人机1与所述目标舰艇之间的第一方位参数；所述导航飞控模块11用于：根据所述第一方位参数调整所述无人机1的姿态，以对准所述目标舰艇。

上述无人机1中除了自身设置的导航飞控模块11之外，还装载有用于处理摄像头12所获取图像的处理器13。上述处理器13可以依据图像识别，从视觉导航图像中识别出目标舰艇，并从视觉导航图像中确定无人机1与目标舰艇之间的第一方位参数，例如目标舰艇与无人机1的方向角，俯仰角等等，并且处理器13通常会将该第一方位参数发送至导航飞控模块11。而该导航飞控模块11具体用于，根据该第一方位参数调整无人机1的姿态，以对准目标舰艇。在将无人机1对准目标舰艇之后，无人机1可以通过装载的处理器13毫米波雷达14获取的毫米波信号，以得到无人机1与目标舰艇之间的距离参数，并将该距离参数发送至导航飞控模块11。之后导航飞控模块11可以根据该距离参数，以及上述第一方位参数，控制无人机1飞行至目标舰艇上空。

具体的，在本发明实施例中，所述处理器13还用于：从所述地面二维图像中识别出所述降落点，并从所述地面二维图像中确定所述无人机1与所述降落点之间的第二方位参数；所述导航飞控模块11还用于：根据所述第二方位参数调整所述无人机1的姿态，以对准所述降落点。

当无人机1飞行至目标舰艇上空之后，无人机1装载的处理器13还可以同于从地面二维图像中识别出降落点，并从地面二维图像中确定无人机1与降落点之间的第二方位参数，例如无人机1与降落点之间的方向角，俯仰角等等，并且处理器13通常会将该第二方位参数发送至导航飞控模块11。而该导航飞控模块11具体用于，根据该第二方位参数调整无人机1的姿态，以对准目降落点。之后，导航飞控模块11会控制无人机1降落至上述降落点，以完成无人机1的着舰。

作为优选的，在本发明实施例中，所述摄像头12为双目摄像头12。双目摄像头12即基于双目立体视觉的深度相机类似于人类的双眼，可以完全依靠拍摄的两张图片来计算深度，从而便于从摄像头12获取的图像中更加精确的计算出无人机1与目标舰艇之间的方位参数。

在本发明实施例中，所述无人机1还可以设置有卫星天线17；所述无人机1还用于：当所述卫星天线17接收到卫星信号时，根据所述卫星信号飞行至与所述目标舰艇的距离为所述第一距离范围内。

上述无人机1中通常还设置有卫星天线17，当无人机1飞行在距离目标舰艇第一距离范围之外时，无人机1会通过设置的卫星天线17获取卫星信号，通常为GPS信号。无人机1用于当卫星天线17接收到上述卫星信号时，会受到该卫星信号的引导，根据该卫星信号飞行至与目标舰艇的距离为第一距离范围内。具体的，通常是上述无人机1中设置的导航飞控模块11与上述卫星天线17连接，当导航飞控模块11接收到上述卫星信号时，会受到该卫星信号的引导，根据该卫星信号控制无人机1飞行至与目标舰艇的距离为第一距离范围内。在本发明实施例中，所述第一距离范围为500m至25km，包括端点值；所述第二距离范围为0m至500m，包括端点值。即在本发明实施例中，当无人机1与目标舰艇的距离超过25km时，通常是根据卫星信号的引导向目标舰艇移动；当移动至25km以内时，会根据微波信号的引导向目标舰艇继续移动；当移动至500m内时，会根据摄像头12获取的图像，以及图像识别技术实现视觉引导，最终实现无人机1着舰。

需要说明的是，在本发明实施例中，上述无人机1除了设置有导航飞控模块11之外，通常还设置有其他用于实现无人机1飞行的模块，例如动力模块，电气模块等等，有关无人机1的具体结构在本发明实施例中不做具体限定。上述目标舰艇中设置的地面站18通常需要实时与无人机1中设置的导航飞控模块11进行通信，以将目标舰艇的位置信息、姿态信息等参数传输至无人机1，以便无人机1根据目标舰艇的位置信息、姿态信息等参数进行导航。

本发明实施例所提供的一种垂直起降无人机着舰系统，可以通过在无人机1中装载毫米波雷达14以完成无人机1在第二距离范围内时与目标舰艇之间距离精确的测量；通过在无人机1中设置卫星天线17可以在距离目标舰艇远距离处对无人机1进行导航。

下面对本发明所提供的一种垂直起降无人机着舰方法进行介绍，下文描述的垂直起降无人机着舰方法与上述描述的垂直起降无人机着舰系统可以相互对应参照。

请参考图3，图3为本发明实施例所提供的一种垂直起降无人机着舰方法的流程图。

本发明实施例所提供的垂直起降无人机着舰方法具体应用于垂直起降无人机着舰系统中的无人机，有关垂直起降无人机着舰系统的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图3，在本发明实施例中，垂直起降无人机着舰方法包括：

S101：当无人机与目标舰艇的距离处于第一距离范围内时，通过机载接收机接收舰载微波天线发送的微波信号。

在本发明实施例中，所述无人机装载有机载接收机和摄像头。有关无人机的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

在本步骤之前，当无人机与目标舰艇的距离大于第一距离范围时，通常是当无人机与目标舰艇的距离大于25km时，通常会通过无人机中设置的卫星天线获取卫星信号，之后根据该卫星信号的引导，飞行至与目标舰艇的距离处于第一距离范围内。

在本步骤中，无人机会通过机载接收机接收舰载微波天线发送的微波信号，以便在后续步骤中通过该微波信号飞行至目标舰艇附近。

S102：根据微波信号飞行至距离目标舰艇第二距离范围内。

在本步骤中，无人机会根据S101中获取的微波信号继续靠近目标舰艇至距离目标舰艇第二距离范围内，以完成微博导航阶段的引导。该第二距离范围在本发明实施例中通常为0m至500m，包括端点值。

S103：当无人机与目标舰艇的距离处于第二距离范围内时，通过摄像头获取目标舰艇的视觉导航图像。

有关视觉导航图像的具体内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

在本步骤中，会通过无人机中装载的摄像头获取目标舰艇的视觉导航图像，以便在后续步骤中基于图像识别技术，从视觉导航图像中识别出目标舰艇。

S104：根据视觉导航图像确定目标舰艇，并飞行至目标舰艇上空。

在本步骤中，通常会基于图像识别技术，从视觉导航图像中识别出目标舰艇，并基于视觉引导飞行至目标舰艇上空。有关视觉导航图像的具体内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

S105：下降至目标舰艇甲板表面预设的降落点，以完成无人机的着舰。

在本步骤中，会从目标舰艇的上空下降至目标舰艇甲板表面预设的降落点，以完成无人机的着舰。在下降过程中，通常需要通过摄像头获取并识别降落点设置的地面二位图像，以实现无人机与降落点的精确定位。

本发明实施例所提供的一种垂直起降无人机着舰方法，无人机会先根据舰载微波天线发送的微波信号的引导至距离目标舰艇第二距离范围内；在第二距离范围内时会通过摄像头识别目标舰艇的视觉导航图像，然后根据视觉导航图像引导至目标坚挺上空并完成着舰。由于在整个着舰过程中不需要通过卫星定位，不会受到舰船设备的干扰，从而可以实现无人机的安全着舰。

本实施例的垂直起降无人机着舰方法基于前述的垂直起降无人机着舰系统实现，因此垂直起降无人机着舰方法中的具体实施方式可见前文中的垂直起降无人机着舰系统的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种垂直起降无人机着舰系统以及一种垂直起降无人机着舰方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。