无GPS条件下基于视觉的垂直飞行航空器在移动平台自主着陆控制方法

本文讨论了一种新颖的基于视觉的估计与控制方法，以使具备垂直起降（VTOL）能力的无人 aerial 车辆（UAV）能够在移动平台上实现完全自主跟踪与着陆，且不依赖GPS信号。本方法的一个独特之处在于，它无需跟踪着陆台本身，而是利用一个垂直于着陆台安装且平行于驾驶员/飞行器视线的标准化视觉线索来完成该任务。我们开发了使用单目摄像机的计算机视觉系统，用于检测该视觉线索，并精确估计UAV的航向及其到着陆台三个方向的相对距离。通过与基于Vicon的运动捕捉系统对比，证明了在正确视觉线索下，本视觉系统能够以小于厘米级的距离精度和度级航向精度实时测量。将增益调度比例积分微分（PID）控制系统与视觉系统集成，并在名为Gazebo的真实仿真程序中的四旋翼UAV动力学模型上实现。进行了大量仿真以证明控制器在任意轨迹移动平台上实现鲁棒跟踪与着陆的能力。使用静止与移动平台成功进行了重复飞行测试，着陆误差小于5厘米。