基于RTK GPS和图像识别的无人机精准降落方案

基于RTK GPS和图像识别的无人机精准降落方案

　　1、概述

　　无人机自诞生以来，主要应用于军事方面，作为智能化和信息化的武器，无人机在侦察、监视、通信、远距离攻击等方面发挥了重要的作用。近年来，无人机在民用方面的应用也越来越多，各国在无人机的民用方面逐渐开放，无人机已经广泛应用于公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、通信、气象、影视航拍等多个领域。

　　随着无人机在生产生活中逐渐获得更大的用途，特别是近年来诞生了无人机固定机场和移动机场，对无人机的精准识别和降落的要求也就越来越高。

　　现阶段应用较多的无人机精准降落方案主要有：RTK GPS和图像识别（视觉）。

　　2. 基于RTK GPS的无人机精准降落方案

 

   

 

　　RTK 有两个重要概念：固定站（也就参考站）和移动站。固定站顾名思义就是固定在地面上为移动站提供参考基准的基站，在使用过程中不可移动，固定基站、云基站和移动基站都是固定站；移动站是进行作业的设备，它使用固定站发送来的差分数据进行 RTK 精准定位，无人机和测绘器都是移动站。

　　RTK（Real TIme KinemaTIc）实时动态测量技术，是以载波相位观测为根据的实时差分GPS（RTD GPS）技术，它是测量技术发展里程中的一个突破，它由基准站接收机、数据链、 流动站接收机三部分组成。 在基准站上安置1台接收机为参考站， 对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度（即基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H，加上基准坐标得到的每个点的WGS－84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H）。

　　无人机通过RTK GPS实现无人机精准降落的方式主要依靠RTK GPS定位精度可达厘米级这一特性实现的。只需要给定精准的目标降落位置，再结合无人机自身精准的实时位置即可实现无人机精准降落。（与视觉相比）缺点就是：系统需要依赖的组件多（移动站、固定站、天线、无线数传等），成本昂贵。

　　3、基于图像识别（视觉）的无人机精准降落方案

　　另一种实现无人机精准降落的方法是基于图像识别（视觉）。其中，也有多种不同的实现方式，比如：通过识别apritag或者aruco的方式；通过深度学习识别图像特征；通过识别红外LED灯珠等。

　　3.1、基于Apritag或者Aruco

　　https://april.eecs.umich.edu/software/apriltag.html

　　http://www.uco.es/invesTIga/grupos/ava/node/26

　　AprilTag/Aruco是一个视觉基准库，在AR，机器人，相机校准领域广泛使用。通过特定的标志（与二维码相似，但是降低了复杂度以满足实时性要求），可以快速地检测标志，并计算相对位姿。

 

 

　　3.2 基于识别红外LED灯珠的方式

　　与基于apritag或者aruco不同，基于识别红外灯珠的方式得到的是像素的相对偏移量，而不是直接就可以得到相对位置，因此基于这种方式实现的精准降落还必须配备一个Z轴的测距传感器才可准确估计出水平的相对位置，从而实现无人机的精准降落。

　　阿木实验室的精准降落模块就是基于识别红外LED灯珠的方式实现的。

　　模块分为两个部分：单目相机和红外信标

　　单目相机使用主频为204MHz的双核处理器，并且搭配一颗FOV为90度的镜头，里面运行了基于色调的快速图像跟踪算法。

　　红外信标由30颗波长为900nm的红外LED灯矩阵组成。单目相机最远可在20米左右的距离就可追踪到红外信标的红外光源。

　　由于红外信标是主动光源，相比于其他视觉方案，可在白天或者夜间都可进行视觉识别。