面向自主降落的海事艇载无人机位姿测量方法研究

In vision of full autonomous water-air cooperative maritime surveillance by Maritime Surface vehicle (including manned and unmanned) and unmanned aerial vehicle, the proposed research is targeting to solve the problem of UAV auto-landing on the maritime surface vehicle, mainly focus on developing a multi-camera vision system for the UAV pose measurement, exploring the detect algorithm of cooperative target based on the inverse biomimetic theory about that chameleon changes itself under different environment, and proposes an innovative unified algorithm framework of “detection-measurement-estimation” based on the theory of machine vision, photogrammetry and homogeneous/heterogeneous sensor data fusion. Successfully conducting the proposed research could clear some technical roadblocks that are hindering the practical usage of unmanned vehicle in civilian maritime affairs. The achievement has important significance in enriching the maritime water-air cooperative theory, improving the cruise performance of maritime UAV, and extending the maritime electronic cruise means, etc.

本项目面向海事安全监管领域，以海事艇（包括有人艇和无人艇）和小型海事旋翼无人机编队协同进行自主巡航为应用背景，以实现小型海事无人旋翼机在海事艇载平台上的全自主降落为具体目标，结合机器视觉、摄影测量和多传感器信息融合技术，研究基于多目立体视觉的艇载协同位姿测量系统平台的构建，研究基于“逆仿生”变色龙隐身原理的复杂海空巡航环境下艇-机合作目标的可靠检测方法以及无人机位置和姿态的检测和测量方法，最终提出一种基于多目视觉的无人机位姿“检测-测量-估计”系统算法，探索解决小型无人机在海事安全保障中应用的技术瓶颈。项目的成果对丰富海事领域的海事艇-无人机协同作业理论、提高海事无人机的巡航能力，扩展海事电子巡航手段等方面具有重要的理论和应用意义。

面向海事“三位一体”立体监管智能化需求，以动态环境下艇载无人机自主降落为目标，系统研究具有的无人机相对定位与运动估计理论与方法。项目研究紧扣无人机与降落目标相对运动、机载传感能力约束条件特点，创新性地探索无人机降落过程与视觉检测精度变化之间的响应机理、图像级干扰与视觉相对定位模型之间的耦合效应等因素，从机载视觉投影模型原理分析及观测误差建模、基于视觉分层的无人机相对定位方法、基于多源异构融合的无人机运动估计等方面开展工作，系统形成海事动态环境下无人机相对定位与运动估计理论与方法。实验研究方面，将通过自行研发的无人机、无人船实验平台对提出的理论、模型与算法进行验证性研究。项目研究对突破无人机全自主化发展中的制约瓶颈、创新无人机与船舶协同作业模式、拓展海事安全保障手段等方面具有重要的理论和现实意义。以此为基础，项目团队先后研发有多个包含无人机与无人船的小型无人航行系统，发表相关期刊论文26篇，其中SCI检索9篇，中文核心期刊12篇，申请发明专利14项，申请软件著作权5项，出版专著1篇。