基于LabVIEW Vision的無(wú)人機(jī)自主著降系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 佳

(西安航空學(xué)院 電子工程學(xué)院,西安 710077)

基于LabVIEW Vision的無(wú)人機(jī)自主著降系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 佳

(西安航空學(xué)院 電子工程學(xué)院,西安 710077)

四旋翼無(wú)人機(jī)具有低成本、垂直起降、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，在民用領(lǐng)域諸如航拍、植保、物流、電力巡線等場(chǎng)合得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用；隨著四旋翼無(wú)人機(jī)應(yīng)用的普及，一些新的問(wèn)題也隨之出現(xiàn)，其中一個(gè)厄待解決的問(wèn)題是如何提高無(wú)人機(jī)的降落精度和可靠性，特別在超視距應(yīng)用場(chǎng)景下，這一需求尤為突出；通過(guò)采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，利用LabVIEW Vision編制視覺(jué)識(shí)別軟件，可以控制四旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)高精度的自主降落。

無(wú)人機(jī)；虛擬儀器；機(jī)器視覺(jué)；自主降落

0 引言

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)因其低廉的成本、優(yōu)異的特性在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。從宏觀角度來(lái)講，無(wú)人機(jī)種類(lèi)繁多，根據(jù)飛行機(jī)理不同可以分為三種類(lèi)型：固定翼型、旋翼型以及撲翼型。其中旋翼型無(wú)人機(jī)由于其體積小，擁有優(yōu)秀的機(jī)動(dòng)性能，尤其適合在狹小空間內(nèi)飛行，因此在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用，特別是小型四旋翼無(wú)人機(jī)在航拍、植保、物流、電力巡線等領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展，并且展現(xiàn)出了巨大的市場(chǎng)潛力。

目前，四旋翼無(wú)人機(jī)的應(yīng)用絕大部分依賴(lài)操作員手工操作，這就對(duì)操作員的操作技巧和經(jīng)驗(yàn)提出了很高的要求，特別是在超視距飛行的應(yīng)用場(chǎng)景下，人工操作往往降落精度差，事故率較高。針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)降落階段設(shè)計(jì)自主著降系統(tǒng)可以提高著降的可靠性和精度，基于機(jī)器視覺(jué)的著降系統(tǒng)是一種有效的解決方案。美國(guó)南加州大學(xué)的自主飛行器項(xiàng)目研究了直升機(jī)的自主飛行控制方法，并且實(shí)現(xiàn)了自主視覺(jué)降落[1]；華南理工大學(xué)的李永健設(shè)計(jì)了基于OpenCV的四旋翼無(wú)人機(jī)定點(diǎn)著陸系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了通過(guò)WiFi傳輸數(shù)據(jù)的視覺(jué)著陸系統(tǒng)[2]。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，目前機(jī)器視覺(jué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，在很多工程領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的圖像處理工具也非常豐富。NI Vision圖像處理庫(kù)是美國(guó)國(guó)家儀器公司推出的一款圖像處理模塊。NI Vision視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊專(zhuān)用于開(kāi)發(fā)和配置機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用程序。NI Vision模塊為用戶(hù)提供了數(shù)百種圖像處理函數(shù)，并且能夠適配多種相機(jī)，采集圖像和視頻。NI Vision具有人性化的界面和符合用戶(hù)使用習(xí)慣的操作方式，通過(guò)類(lèi)似圖形語(yǔ)言的方式即可編制出圖像處理算法，而且能夠?qū)⒂脩?hù)編制的算法導(dǎo)出為C語(yǔ)言代碼或LabVIEW程序框圖，方便用戶(hù)移植調(diào)用。

本文使用NI Vision生成圖像處理算法，將其嵌入LabVIEW中編制為最終的地面站軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自主著降。LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。LabVIEW允許使用圖形的方式編程，摒棄了晦澀難懂的文本代碼，極大的提高了編程效率，降低了編程門(mén)檻。LabVIEW的應(yīng)用范圍已經(jīng)覆蓋了工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)試測(cè)量、嵌入式應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)控制、圖像處理、計(jì)算機(jī)仿真、FPGA等眾多領(lǐng)域。以LabVIEW為核心，采用不同的專(zhuān)用工具包，統(tǒng)一的圖形編程方式，可以實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)領(lǐng)域的需求。 LabVIEW軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開(kāi)發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。

1 工作原理分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

四旋翼無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行垂直起降，這就使其具備了優(yōu)良的操控性?；谒男頍o(wú)人機(jī)的這一特性，本文著重討論四旋翼無(wú)人機(jī)在飛臨目的地上空之后如何實(shí)現(xiàn)自主降落。當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)目的地上空準(zhǔn)備著降時(shí)，開(kāi)啟超聲波高速傳感器測(cè)量無(wú)人機(jī)高度，同時(shí)在目的地設(shè)置清晰可辨識(shí)的目標(biāo)標(biāo)識(shí)，無(wú)人機(jī)飛臨目的地上空之后，機(jī)載相機(jī)采集對(duì)地觀測(cè)圖像然后通過(guò)圖像傳輸無(wú)線電臺(tái)傳輸?shù)降孛嬲尽５孛嬲緦?duì)收到的圖像按特定的算法進(jìn)行處理以凸顯出目標(biāo)標(biāo)識(shí)，通過(guò)圖形匹配與目標(biāo)追蹤算法分析出目標(biāo)在圖像中的位置，從而得出無(wú)人機(jī)與目標(biāo)之間的偏離程度。通過(guò)該偏離值計(jì)算出無(wú)人機(jī)需修正的方向，并將相應(yīng)的指令通過(guò)數(shù)傳無(wú)線電臺(tái)發(fā)送至無(wú)人機(jī)來(lái)控制其向目標(biāo)中心移動(dòng)。四旋翼無(wú)人機(jī)自主著降系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以用如圖1所示的結(jié)構(gòu)圖來(lái)表示。

圖1 四旋翼無(wú)人機(jī)自主著降系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

自主著降系統(tǒng)可以看作是一個(gè)雙環(huán)位置伺服系統(tǒng)，其中內(nèi)環(huán)為水平位置控制環(huán)，以圖像匹配的形式將機(jī)器視覺(jué)作為反饋量，作用是在下降過(guò)程中確保無(wú)人機(jī)中心與目標(biāo)中心對(duì)齊；外環(huán)是高度控制環(huán)，以超聲波高度傳感器測(cè)量到的高度作為反饋量，作用是確保無(wú)人機(jī)平穩(wěn)著陸。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性，在地面站控制程序中選用PID算法實(shí)現(xiàn)對(duì)該雙環(huán)系統(tǒng)的滯后-超前校正。

1.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

目前，四旋翼無(wú)人機(jī)已得到了廣泛的應(yīng)用，從技術(shù)層面來(lái)講，其硬件壁壘并不高，主要是一些精密零件的組裝和空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)，而軟件和應(yīng)用開(kāi)發(fā)則成為各大企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新來(lái)源和主攻方向。目前無(wú)人機(jī)遙控飛行作業(yè)過(guò)程中，無(wú)人機(jī)位姿信息的獲取主要依靠操控手人眼觀測(cè)。這種觀測(cè)方式容易受到周?chē)h(huán)境和操控人員經(jīng)驗(yàn)等主客觀因素的影響，導(dǎo)致獲取的位姿信息出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而使得操控手不能準(zhǔn)確地操控?zé)o人機(jī)進(jìn)行精細(xì)作業(yè)。本文通過(guò)圖像匹配的形式尋找目標(biāo)點(diǎn)，控制無(wú)人機(jī)自主降落，結(jié)合圖像處理、信息傳輸、測(cè)量測(cè)繪等技術(shù)，來(lái)提高無(wú)人機(jī)著陸的自主性和安全性。為實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自主著降，保證無(wú)人機(jī)中心能夠準(zhǔn)確著降在目標(biāo)中心點(diǎn)上，機(jī)載相機(jī)緊貼于無(wú)人機(jī)，安裝在無(wú)人機(jī)腹部，設(shè)置機(jī)載相機(jī)焦點(diǎn)垂直于地面向下俯拍，而且相機(jī)焦點(diǎn)垂線與無(wú)人機(jī)中心垂線相重合，這樣圖像處理時(shí)分析得到的目標(biāo)與圖像中心的偏離值也就反映了無(wú)人機(jī)中心與目標(biāo)的偏離程度。機(jī)載相機(jī)安裝方式如圖2所示。

為使無(wú)人機(jī)能快速準(zhǔn)確找到著陸點(diǎn)，需要清晰、易于辨識(shí)的標(biāo)志。本文著重討論無(wú)人機(jī)著降的位置精度，暫不考慮其姿態(tài)精度，所以選用了對(duì)稱(chēng)的十字標(biāo)志，如圖3所示。

圖2 無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)與機(jī)載相機(jī)安裝方式 圖3 目的地十字標(biāo)識(shí)

十字標(biāo)志由兩個(gè)黑色矩形垂直交叉而成，矩形的長(zhǎng)邊A是短邊B的長(zhǎng)度的四倍。這樣設(shè)置著陸標(biāo)識(shí)可以與周?chē)h(huán)境中的景物區(qū)別開(kāi)來(lái)，有利于無(wú)人機(jī)捕捉到目標(biāo)。

1.2 通信鏈路設(shè)計(jì)

由于無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備運(yùn)算能力有限，自主著降系統(tǒng)將大部分?jǐn)?shù)據(jù)運(yùn)算操作都集中在地面站上進(jìn)行。無(wú)人機(jī)需要將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嬲荆孛嬲緞t要將運(yùn)算處理后得出的控制指令發(fā)送給無(wú)人機(jī)，為此要在無(wú)人機(jī)與地面站之間建立起通信鏈路，主要包括兩部分：圖傳鏈路和數(shù)傳鏈路。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，地面站經(jīng)由通信鏈路向無(wú)人機(jī)發(fā)送控制指令，而無(wú)人機(jī)將圖像數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)反饋給地面站。通信鏈路傳輸?shù)目刂浦噶詈透叨葦?shù)據(jù)的比特率較低，可以通過(guò)窄帶鏈路傳輸，本文選用了2.4 GHz 的數(shù)傳電臺(tái)，通過(guò)MAVLink協(xié)議收發(fā)控制指令和姿態(tài)數(shù)據(jù)；圖像數(shù)據(jù)比特率較高，需通過(guò)專(zhuān)用的寬帶鏈路傳輸[3]，本文選用5.8 GHz圖傳電臺(tái)傳輸圖像數(shù)據(jù)。

為了避免無(wú)線信道上數(shù)據(jù)的失真、衰減以及數(shù)據(jù)丟失，從而實(shí)現(xiàn)可靠、高速的數(shù)據(jù)傳輸，在無(wú)線電臺(tái)內(nèi)嵌入一個(gè)調(diào)制解調(diào)器(MODEM)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)該調(diào)制解調(diào)器把脈沖數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)；相應(yīng)地，接收時(shí)則執(zhí)行相反的轉(zhuǎn)換過(guò)程，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器把接收到的模擬信號(hào)還原成脈沖數(shù)據(jù)信號(hào)。通信鏈路結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 通信鏈路示意圖

1.3 地面站軟件設(shè)計(jì)

地面站是自主著降系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞。地面站軟件接收到無(wú)人機(jī)下發(fā)的圖像數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)后，先進(jìn)行水平位置調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)器的作用下始終保持無(wú)人機(jī)中心與地面目標(biāo)中心在垂直于地面的同一條垂線上，完成每一次水平位置調(diào)節(jié)后進(jìn)行高度調(diào)節(jié)，最終使無(wú)人機(jī)平穩(wěn)的降落在目標(biāo)中心點(diǎn)上。對(duì)無(wú)人機(jī)水平位置的調(diào)節(jié)采用閉環(huán)控制算法。地面站軟件處理流程圖如圖5所示。

圖5 地面站軟件流程圖

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為了驗(yàn)證以上設(shè)計(jì)的可行性，本文設(shè)計(jì)了一套包括四旋翼無(wú)人機(jī)、機(jī)載相機(jī)、地面站、圖傳和數(shù)傳模塊以及控制軟件在內(nèi)的無(wú)人機(jī)自主著降系統(tǒng)，并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試。

2.1 器件選型

四旋翼無(wú)人機(jī)選用了F450機(jī)架，對(duì)稱(chēng)電機(jī)軸距為450 mm。飛行控制器采用開(kāi)源APM2.8飛控，支持多種控制模式：特技，穩(wěn)定，懸停，定高，返航，降落，簡(jiǎn)單，指導(dǎo), 定點(diǎn)，盤(pán)旋，跟隨，地理圍欄，可自動(dòng)執(zhí)行用GPS航點(diǎn)編寫(xiě)的全部任務(wù)等，并且具備失控和低電量故障保險(xiǎn)。

電機(jī)選用DJI2212，這是一款920 KV無(wú)刷電機(jī)，無(wú)人機(jī)采用了兩個(gè)正轉(zhuǎn)電機(jī)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)電機(jī)，其中對(duì)角線方向電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同，相鄰電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反。無(wú)人機(jī)電源選用TCB 3500mah電池。

機(jī)載相機(jī)采用SJ7000運(yùn)動(dòng)相機(jī)，分辨率達(dá)1200萬(wàn)像素，可以實(shí)現(xiàn)1080P30Hz或720P60Hz拍攝，并且支持夜間拍攝功能，性能能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。

2.2 地面站組成

圖傳模塊包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。接收機(jī)選用RC832，工作頻率為5.8 GHz，擁有38個(gè)發(fā)射頻點(diǎn)，支持NTSC/PAL制式視頻格式。發(fā)射機(jī)選用TS832，發(fā)射頻率5.8 GHz，發(fā)射功率600 mW，擁有40個(gè)發(fā)射頻點(diǎn)，視頻帶寬達(dá)8 Mbps。圖傳模塊在空曠場(chǎng)合傳輸距離可達(dá)1～2 KM。

數(shù)傳模塊選用3DR電臺(tái)，該電臺(tái)是APM飛控與地面站之間遙測(cè)連接的理想選擇，能夠與APM飛控配合實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)流量控制。數(shù)傳模塊體積小，重量輕，傳輸范圍廣，使用小全向天線傳輸距離即可達(dá)數(shù)公里，采用開(kāi)源固件，成本低廉，接受靈敏度為-121 dBm，發(fā)射功率為20 dBm，使用透明串行鏈路傳輸，空中最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)250 Kbps。而且該數(shù)傳模塊支持MAVLink協(xié)議幀和狀態(tài)報(bào)告、跳頻展幀、自適應(yīng)時(shí)分多路復(fù)用等功能，并且內(nèi)建錯(cuò)誤校正代碼，可以校正高達(dá)25%的數(shù)據(jù)位錯(cuò)誤。MAVLink協(xié)議一種主要應(yīng)用在微型飛行器(micro aerial vehicle)的通訊上的協(xié)議，這種協(xié)議是基于串口的高層開(kāi)源通訊協(xié)。

2.3 LabVIEW軟件編制

NI Vision提供了豐富的圖像處理函數(shù)，可以方便快捷的搭建起適用于自己領(lǐng)域的圖像處理算法[4]。NI Vision軟件包中的NI Vision Assistant可以將圖像處理算法生成為L(zhǎng)abVIEW調(diào)用的VI。

無(wú)人機(jī)自主降落過(guò)程中采集到的對(duì)地觀測(cè)圖像含有目標(biāo)標(biāo)識(shí)，但標(biāo)識(shí)不可避免的會(huì)受到外界環(huán)境的干擾，這就對(duì)機(jī)器視覺(jué)識(shí)別目標(biāo)造成很大的影響。事實(shí)上，大多數(shù)情況下機(jī)器視覺(jué)無(wú)法直接識(shí)別處于自然環(huán)境中的目標(biāo)。這就需要通過(guò)圖像處理的方式使原始圖像中的目標(biāo)凸顯出來(lái)，而將其他干擾因素消隱下去。

地面站收到機(jī)載相機(jī)采集到的原始圖像之后，首先將RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換為8位的灰度圖。由于設(shè)置的目標(biāo)是黑色的十字，黑色的RGB分量為(0，0，0)，可以提取任意分量從而將原始圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖。本文使用NI Vision Assistant的色彩平面提取函數(shù)(Color Plane Extraction)提取出R分量，輸出的圖像為灰度圖。灰度圖轉(zhuǎn)換完成后對(duì)圖像進(jìn)行濾波，NI Vision Assistant提供了豐富的濾波函數(shù)，包括低通濾波、中值濾波、拉普拉斯濾波、Sobel濾波等，為了提高目標(biāo)標(biāo)識(shí)的清晰度，這里選用了高亮細(xì)節(jié)濾波(Highlight Details)，濾波器內(nèi)核大小為7*7，經(jīng)過(guò)濾波處理后可以將目標(biāo)凸顯出來(lái)從而更容易查找、測(cè)量、計(jì)算目標(biāo)特征。然后對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，也就是將圖像變換為只有黑白兩色，這里使用圖像閾值函數(shù)(Threshold Image)，閾值類(lèi)型使用為手動(dòng)閾值，將閾值設(shè)定為70，也就是灰度值低于等于70的像素將被設(shè)置為黑色，灰度值高于70的像素將被設(shè)置為白色。經(jīng)過(guò)二值化處理后，進(jìn)一步清除了圖像中的干擾因素，使目標(biāo)標(biāo)識(shí)更加明顯。然而，二值化之后的圖像往往會(huì)出現(xiàn)邊緣不平整的情況，影響后續(xù)識(shí)別精度，需要采用濾波算法。選用快速傅立葉變換濾波器(FFT Filter)中的中值平滑變換(Smoothing Median)使目標(biāo)邊緣更加平滑。最后使用幾何匹配函數(shù)(Geometric Matching)來(lái)查找圖像中的目標(biāo)，在進(jìn)行匹配時(shí)要導(dǎo)入預(yù)先拍攝好的目標(biāo)標(biāo)識(shí)，也就是之前設(shè)置的十字標(biāo)識(shí)，將該標(biāo)識(shí)作為模板進(jìn)行查找[5]。幾何匹配是通過(guò)匹配圖形幾何圖像的邊緣曲線實(shí)現(xiàn)的，能夠識(shí)別旋轉(zhuǎn)、縮放的目標(biāo)。曲線識(shí)別算法使用同一區(qū)域算法(Uniform Regions)，這種算法假設(shè)圖像或圖像背景中的目標(biāo)對(duì)象由統(tǒng)一的像素值組成，可以更準(zhǔn)確地計(jì)算對(duì)象的外部曲線[6]。根據(jù)十字目標(biāo)的特征將邊緣閾值(Edge Threshold)設(shè)置為200。完成以上步驟的配置后可以將圖像處理算法通過(guò)NI Vision Assistant菜單欄中的Tools>Create LabVIEW VI功能導(dǎo)出為VI。

在LabVIEW中調(diào)用生成好的VI，并編制相應(yīng)的控制程序，形成完整的地面站軟件。軟件界面如圖6所示。

圖6 地面站軟件界面

地面站軟件在完成圖像處理和識(shí)別之后，解析出目標(biāo)在整幅圖像中的位置，并計(jì)算出目標(biāo)中心偏離圖像中心的程度。由于運(yùn)動(dòng)相機(jī)是固定在無(wú)人機(jī)腹部垂直向下拍攝的，因此目標(biāo)中心與圖像中心的偏離值等同于無(wú)人機(jī)與目標(biāo)中心的偏離值。地面軟件根據(jù)該偏離值的大小和方向發(fā)送控制指令到無(wú)人機(jī)，控制其向目標(biāo)中心移動(dòng)，從而形成一個(gè)偏離值逐漸收斂的閉環(huán)控制，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)精確穩(wěn)定的自主降落。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

為考察無(wú)人機(jī)在機(jī)器視覺(jué)輔助下自主著降的精度，本文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)。首先制作帶有十字標(biāo)識(shí)的目標(biāo)板，置于空曠場(chǎng)地中。遙控搭載運(yùn)動(dòng)相機(jī)的無(wú)人機(jī)飛行之目標(biāo)附近，啟動(dòng)自主著降程序。無(wú)人機(jī)將采集到的畫(huà)面實(shí)時(shí)回傳至地面站，地面站程序根據(jù)十字標(biāo)識(shí)偏離圖像中心的位置對(duì)無(wú)人機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其向目標(biāo)中心移動(dòng)，直至無(wú)人機(jī)平穩(wěn)降落至地面。試驗(yàn)過(guò)程如圖7所示。

圖7 試驗(yàn)過(guò)程示意圖

系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行五組試驗(yàn)，考察無(wú)人機(jī)降落的精度，即無(wú)人機(jī)降落后其中心與目標(biāo)中心的偏差。將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析可以得出無(wú)人機(jī)自主著降系統(tǒng)的平均降落精度在5 cm以?xún)?nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)自主降落的需求設(shè)計(jì)了基于LabVIEW和機(jī)器視覺(jué)的自主著降系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了便于識(shí)別的目的地標(biāo)識(shí)，配合圖傳和數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)的自主著降，且降落精度較高。對(duì)于四旋翼無(wú)人機(jī)的自主飛行具有一定的參考價(jià)值，能夠應(yīng)用在物流配送、高壓線路巡查、測(cè)量測(cè)繪、地質(zhì)勘探、交通監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。

表1 試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

[1] 劉 剛. 基于視覺(jué)導(dǎo)航小型無(wú)人機(jī)自主著陸控制策略研究與應(yīng)用[D].南京:南京航空航天大學(xué),2014.

[2] 李永健. 基于機(jī)器視覺(jué)的四旋冀無(wú)人機(jī)定點(diǎn)著陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州:華南理工大學(xué),2015.

[3] 宋昱慧. 基于單目視覺(jué)的四旋翼無(wú)人機(jī)位姿估計(jì)與控制[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2016.

[4] 方 勝,李有森,李魏魏,等. 基于NI Vision Assistant的機(jī)器視覺(jué)在鋼球表面檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 儀表技術(shù),2008,(5):27-29.

[5] 孟慶寬,何 潔,仇瑞承,等. 基于機(jī)器視覺(jué)的自然環(huán)境下作物行識(shí)別與導(dǎo)航線提取[J]. 光學(xué)學(xué)報(bào),2014(7):180-186.

[6] 董 玲,楊洗陳,雷劍波. 基于機(jī)器視覺(jué)的激光再制造機(jī)器人離線自動(dòng)編程研究[J]. 中國(guó)激光,2013(10):114-121.

Design and Implementation of Autonomous Landing System for UAV Based on LabVIEW Vision

Zhang Jia

(School of Electronic Engineering, Xi′an Aeronautical University, Xi′an 710077, China)

The four-rotor unmanned aerial vehicle (UAV) has many advantages such as low cost, vertical take-off and landing, good maneuverability. It has been widely used in civilian fields such as aerial photography, plant protection, logistics and power inspection. With the popularization of four-rotor unmanned aerial vehicles, some new problems have arisen. One of the problems is how to improve landing precision and reliability of the UAVs, especially in the over-the-horizon application scenario the demand is particularly prominent. With the use of computer vision technology, the four-rotor unmanned aerial vehicle can be controlled to achieve high precision autonomous landing with the visual recognition software developed by LabVIEW Vision.

UAV; virtual instrument; machine vision; autonomous landing

2017-01-05；

2017-02-11。

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(20161173601)；西安航空學(xué)院校級(jí)科研基金項(xiàng)目(2016KY1206)。

張 佳(1987-)，男，甘肅張掖人，碩士，助教，主要從事導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制方向的研究。

1671-4598(2017)08-0252-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.08.065

TP275

A