11、基于视觉的四旋翼无人机在移动目标上的鲁棒自主着陆

基于视觉的四旋翼无人机在移动目标上的鲁棒自主着陆

1 引言

无人机，特别是像四旋翼这样的旋翼无人机，因其灵活的机动性和悬停能力，在民用和国防领域得到了广泛应用。在这些应用中，四旋翼无人机在期望目标上的自主着陆在过去几十年中受到了相当多的关注。自主着陆过程的两个关键组成部分是目标检测以及引导与控制。

通常，自主着陆尝试采用基于传感器的引导策略，结合视觉传感器和测距仪，生成速度指令以最小化横向和纵向误差，并根据目标的估计状态降落在目标上。从引导角度来看，在移动目标上着陆的条件可以描述为：给定一架初始速度为 $V_{u0}$、高度为 $h$ 且与移动目标（速度为 $V_{t}$）初始距离为 $R_{0}$ 的无人机（四旋翼），成功着陆的必要条件是：
$\lim_{t \to t_{f}} R = \lim_{t \to t_{f}} -\dot{R} = 0$，对于最终时间 $t_{f}$

其中，$-\dot{R}$ 是无人机与着陆目标之间的接近速度。因此，理想的着陆引导策略期望在触地时速度平稳变化且接近速度为零。

然而，由于环境干扰、定位误差、目标运动以及应用的时间敏感性等因素，在移动目标上实现鲁棒、精确和高效的自主着陆仍然是一个具有挑战性的基本问题。因此，有必要彻底测试着陆设置，以确保控制器在意外情况下也能正常降级，并相应地做出中止和/或重新初始化着陆过程的决策。

在这项工作中，我们从鲁棒性的角度研究了四旋翼无人机在移动目标上的自主着陆问题。我们讨论了基于视觉的着陆引导方法，并展示了在目标速度/轨迹存在扰动以及环境干扰情况下的跟踪和着陆户外实验结果。

2 技术方法

我们之前开发了一种基于视