视觉/惯性着陆组合引导方法设计与试验

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27636

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视觉/惯性着陆组合引导方法设计与试验

倪静¹(), 马波², 杨朝旭¹, 陶呈纲², 周彦², 胡逸雯¹

^1.航空工业成都飞机设计研究所，成都 610091
^2.歼击机综合仿真航空科技重点试验室，成都 610091

收稿日期:2022-06-01 修回日期:2022-06-16 接受日期:2022-07-08 出版日期:2023-06-25 发布日期:2022-07-21
通讯作者: 倪静 E-mail:njemail163@163.com
基金资助:
航空科学基金(201905011004)

Design and test of visual-inertial integrated method for landing guidance

Jing NI¹(), Bo MA², Zhaoxu YANG¹, Chenggang TAO², Yan ZHOU², Yiwen HU¹

^1.AVIC Chengdu Aircraft Design & Research Institute，Chengdu 610091，China
^2.Aviation Key Laboratory of Fighter Integrated Simulation，Chengdu 610091，China

Received:2022-06-01 Revised:2022-06-16 Accepted:2022-07-08 Online:2023-06-25 Published:2022-07-21
Contact: Jing NI E-mail:njemail163@163.com
Supported by:
Aeronautical Science Foundation of China(201905011004)

摘要/Abstract

摘要：

为了满足复杂环境下无人机视觉着陆引导需求，通过试验分析了视觉定位方法的局限性，设计了一种基于误差状态滤波的视觉/惯性组合引导方法来解决视觉着陆引导中高延时和定位误检问题。采用时间同步方法完成视觉量测信息延时补偿，基于滤波新息自适应方差统计特性实现视觉定位结果误检判别，最后通过试飞试验完成着陆过程中视觉定位和惯性组合数据采集分析。试验结果表明视觉/惯性组合引导方法稳定可靠，能够有效提高视觉引导的实时性和连续性。

关键词: 着陆引导, 跑道检测, 视觉/惯性组合, 卡尔曼滤波, 试飞试验

Abstract:

To meet the requirement of UAV for visual-based landing guidance in complex environment， the limitations of visual positioning are analyzed through tests. A visual-inertial integrated method based on error state filtering is designed to solve the problem of high delay and misdetection outliers in visual landing guidance. Time synchronization method is used to compensate the delay of visual measurement results， and the detection of outliers is based on self-adaptive covariance of filter innovation. Finally， a flight test is carried out to collect and analyse the visual positioning and visual-inertial integrated data in landing process. The results show that the visual-inertial integrated method is stable and reliable，and that it can effectively improve the real-time performance and continuity of visual landing guidance.

Key words: landing guidance, runway detection, visual-inertial integrated, Kalman filter, flight test

中图分类号:

V249

倪静, 马波, 杨朝旭, 陶呈纲, 周彦, 胡逸雯. 视觉/惯性着陆组合引导方法设计与试验[J]. 航空学报, 2023, 44(S1): 727636-727636.

Jing NI, Bo MA, Zhaoxu YANG, Chenggang TAO, Yan ZHOU, Yiwen HU. Design and test of visual-inertial integrated method for landing guidance[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S1): 727636-727636.

图/表 10

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

表1

表2

参考文献 15

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方向	视觉定位			惯性导航			组合滤波
方向	标准差/m	平均误差/m	最大误差/m	标准差/m	平均误差/m	最大误差/m	标准差/m	平均误差/m	最大误差/m
跑道纵向	16.28	-0.36	-90.66	4.78	-7.86	-20.91	11.6	2.45	30.04
跑道侧向	1.47	-1.08	-6.29	0.78	0.99	2.39	1.41	-1.03	-4.93
跑道天向	2.51	2.36	10.2	1.04	1.72	3.8	2.32	2.38	6.3

方向	视觉定位			惯性导航			组合滤波
方向	标准差/m	平均误差/m	最大误差/m	标准差/m	平均误差/m	最大误差/m	标准差/m	平均误差/m	最大误差/m
跑道纵向	11.91	-5.04	-90.66	3.52	-11.99	-20.91	2.15	-7.7	-12.74
跑道侧向	0.88	-0.12	3.05	0.4	1.75	2.39	0.3	-0.04	0.66
跑道天向	1.12	1.24	3.7	0.55	2.7	3.8	0.85	1.51	3.18

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视觉/惯性着陆组合引导方法设计与试验

Design and test of visual-inertial integrated method for landing guidance

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