1、概述

無人機(jī)自誕生以來，主要應(yīng)用于軍事方面，作為智能化和信息化的武器，無人機(jī)在偵察、監(jiān)視、通信、遠(yuǎn)距離攻擊等方面發(fā)揮了重要的作用。近年來，無人機(jī)在民用方面的應(yīng)用也越來越多，各國在無人機(jī)的民用方面逐漸開放，無人機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公共安全、應(yīng)急搜救、農(nóng)林、環(huán)保、交通、通信、氣象、影視航拍等多個領(lǐng)域。

隨著無人機(jī)在生產(chǎn)生活中逐漸獲得更大的用途，特別是近年來誕生了無人機(jī)固定機(jī)場和移動機(jī)場，對無人機(jī)的精準(zhǔn)識別和降落的要求也就越來越高。

現(xiàn)階段應(yīng)用較多的無人機(jī)精準(zhǔn)降落方案主要有：RTK GPS和圖像識別（視覺）。

2. 基于RTK GPS的無人機(jī)精準(zhǔn)降落方案

RTK 有兩個重要概念：固定站（也就參考站）和移動站。固定站顧名思義就是固定在地面上為移動站提供參考基準(zhǔn)的基站，在使用過程中不可移動，固定基站、云基站和移動基站都是固定站；移動站是進(jìn)行作業(yè)的設(shè)備，它使用固定站發(fā)送來的差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行 RTK 精準(zhǔn)定位，無人機(jī)和測繪器都是移動站。

RTK（Real Time Kinematic）實時動態(tài)測量技術(shù)，是以載波相位觀測為根據(jù)的實時差分GPS（RTD GPS）技術(shù)，它是測量技術(shù)發(fā)展里程中的一個突破，它由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、 流動站接收機(jī)三部分組成。 在基準(zhǔn)站上安置1臺接收機(jī)為參考站， 對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)和測站信息，通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)送給流動站，流動站GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時解算出流動站的三維坐標(biāo)及其精度（即基準(zhǔn)站和流動站坐標(biāo)差△X、△Y、△H，加上基準(zhǔn)坐標(biāo)得到的每個點的WGS－84坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)得出流動站每個點的平面坐標(biāo)X、Y和海拔高H）。

無人機(jī)通過RTK GPS實現(xiàn)無人機(jī)精準(zhǔn)降落的方式主要依靠RTK GPS定位精度可達(dá)厘米級這一特性實現(xiàn)的。只需要給定精準(zhǔn)的目標(biāo)降落位置，再結(jié)合無人機(jī)自身精準(zhǔn)的實時位置即可實現(xiàn)無人機(jī)精準(zhǔn)降落。（與視覺相比）缺點就是：系統(tǒng)需要依賴的組件多（移動站、固定站、天線、無線數(shù)傳等），成本昂貴。

3、基于圖像識別（視覺）的無人機(jī)精準(zhǔn)降落方案

另一種實現(xiàn)無人機(jī)精準(zhǔn)降落的方法是基于圖像識別（視覺）。其中，也有多種不同的實現(xiàn)方式，比如：通過識別apritag或者aruco的方式；通過深度學(xué)習(xí)識別圖像特征；通過識別紅外LED燈珠等。

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是一個視覺基準(zhǔn)庫，在AR，機(jī)器人，相機(jī)校準(zhǔn)領(lǐng)域廣泛使用。通過特定的標(biāo)志（與二維碼相似，但是降低了復(fù)雜度以滿足實時性要求），可以快速地檢測標(biāo)志，并計算相對位姿。

3.2 基于識別紅外LED燈珠的方式

與基于apritag或者aruco不同，基于識別紅外燈珠的方式得到的是像素的相對偏移量，而不是直接就可以得到相對位置，因此基于這種方式實現(xiàn)的精準(zhǔn)降落還必須配備一個Z軸的測距傳感器才可準(zhǔn)確估計出水平的相對位置，從而實現(xiàn)無人機(jī)的精準(zhǔn)降落。

阿木實驗室的精準(zhǔn)降落模塊就是基于識別紅外LED燈珠的方式實現(xiàn)的。

模塊分為兩個部分：單目相機(jī)和紅外信標(biāo)

• 單目相機(jī)使用主頻為204MHz的雙核處理器，并且搭配一顆FOV為90度的鏡頭，里面運(yùn)行了基于色調(diào)的快速圖像跟蹤算法。

• 紅外信標(biāo)由30顆波長為900nm的紅外LED燈矩陣組成。單目相機(jī)最遠(yuǎn)可在20米左右的距離就可追蹤到紅外信標(biāo)的紅外光源。

由于紅外信標(biāo)是主動光源，相比于其他視覺方案，可在白天或者夜間都可進(jìn)行視覺識別。

視頻演示：

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