电力巡检无人机自主降落的引导系统与策略

钟映春; 张文祥; 王波; 黄鹤儿; 何惠清

doi:10.37188/OPE.20223011.1362

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

电力巡检无人机自主降落的引导系统与策略

信息科学 | 更新时间：2026-09-11

- 电力巡检无人机自主降落的引导系统与策略
- Navigation system and strategies for electric inspecting UAV autonomously landing
- 光学精密工程 2022年30卷第11期页码：1362-1373
- 作者机构：
  
  1.广东工业大学自动化学院，广东广州 510006
  2.广东省机械技师学院机电工程系，广东广州 510450
  3.华南农业大学工程学院，广东广州 510642
  4.国网江西省电力有限公司上饶供电分公司，江西上饶 334000
- 作者简介：
  
  钟映春（1973-），男，江西上饶人，博士，副教授，硕士生导师，2003年于广东工业大学获得博士学位，主要从事无人机自动驾驶，模式识别与图像理解方向的研究。E-mail： gdut_zyc@qq.com
  张文祥（1996-），男，云南曲靖人，硕士研究生，2019年于昆明理工大学获得学士学位，主要从事无人机控制与应用方向的研究。E-mail： 1637707626@qq.com
- 基金信息：
  
  广州市科技计划项目(202007040004);国家自然科学基金资助项目(61975248);广东省自然科学基金资助项目(2018A0303130137)
- DOI：10.37188/OPE.20223011.1362
  中图分类号： TP273;V249.1
- 收稿：2021-11-26，
  
  修回：2022-01-20，
  
  纸质出版：2022-06-10
- 稿件说明：
移动端阅览
钟映春,张文祥,王波等.电力巡检无人机自主降落的引导系统与策略[J].光学精密工程,2022,30(11):1362-1373.

ZHONG Yingchun,ZHANG Wenxiang,WANG Bo,et al.Navigation system and strategies for electric inspecting UAV autonomously landing[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1362-1373.
钟映春,张文祥,王波等.电力巡检无人机自主降落的引导系统与策略[J].光学精密工程,2022,30(11):1362-1373. DOI： 10.37188/OPE.20223011.1362.

ZHONG Yingchun,ZHANG Wenxiang,WANG Bo,et al.Navigation system and strategies for electric inspecting UAV autonomously landing[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1362-1373. DOI： 10.37188/OPE.20223011.1362.

摘要

针对电力巡检无人机在野外弱光照环境下难以实现全自主、准确、安全可靠降落到分布式机场停机坪的问题，构建了完整的降落引导实物系统，提出了降落策略选择依据和较为体系化的降落策略。构建了融合巡检无人机、超带宽定位地面基站群、分布式机场的实物降落引导系统，在开源飞行控制系统的基础上，增加了降落专用飞行控制器，设计了适合于无人机降落的速度控制器和算法，并提出了降落策略选择依据和适应于不同现场情况的降落策略。实验结果表明：降落误差为0.3 m以内的可靠度为100%；在有1~2个地面基站故障的情况下，也能引导无人机安全、准确地降落；每种降落策略各具优势，可适应不同的降落环境。本文设计的降落引导系统能够满足引导巡检无人机自主降落的要求，提出的降落策略显著提高了降落的可靠度，为构建局部区域内电网巡检的全自主无人机系统奠定了基础。

Abstract

The electrical inspection of unmanned aerial vehicles （UAVs） during their autonomous landing at distributed airports is difficult， particularly when the landing cannot be performed accurately， safely， and reliably owing to unsatisfactory light conditions. In this study， a touch-down navigation system for inspecting UAVs was developed. A set of systematic strategies for landing UAVs at distributed airports was proposed， as well as a novel criterion for selecting the landing strategy. First， a touch-down navigation system was established， which included an inspecting UAV， as well as ultrawide band （UWB） positioning modules on the ground and at distributed airports. Second， based on an open-source flight control system， an exclusive landing flight controller was designed and embedded into the UAV， and a novel speed controller and algorithm for landing were designed. Third， an evaluating criterion for the landing strategy was proposed， and systematic landing strategies were proposed to accommodate challenging circumstances. Experimental results indicate the following： The landing error is within 0.3 m， and the reliability is 100%； the touch-down navigation system can guide the UAV to land safely and accurately when one or two UWB modules on the ground are disabled； each landing strategy presents its own advantages and can accommodate different landing circumstances. The touch-down navigation system can satisfy the requirements of UAVs for autonomous landing， and the proposed landing strategies significantly improve the landing reliability， thus providing a foundation for the construction of autonomous UAV systems intended for power grid inspection.

关键词

Keywords

references

赵太飞，郭嘉文，李晗辰，等 . 无人机航迹中电力线电晕紫外探测与定位［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 2 ）： 309 - 315 . doi: 10.3788/ope.20192702.0309 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192702.0309

ZHAO T F ， GUO J W ， LI H CH ， et al . Ultraviolet detection and location of power line corona in UAV track ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 2 ）： 309 - 315 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20192702.0309 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192702.0309

白冠冰，宋悦铭，左羽佳，等 . 机载光电平台的对地多目标定位［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 10 ）： 2323 - 2336 . doi: 10.37188/OPE.20202810.2323 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202810.2323

BAI G B ， SONG Y M ， ZUO Y J ， et al . Multi-target geo-location based on airborne optoelectronic platform ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 10 ）： 2323 - 2336 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20202810.2323 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202810.2323

沈林成，孔维玮，牛轶峰 . 无人机自主降落地基/舰基引导方法综述［J］. 北京航空航天大学学报， 2021 ， 47 （ 2 ）： 187 - 196 . doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0280 http://dx.doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0280

SHEN L CH ， KONG W W ， NIU Y F . Ground-and ship-based guidance approaches for autonomous landing of UAV ［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics ， 2021 ， 47 （ 2 ）： 187 - 196 . （in Chinese） . doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0280 http://dx.doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0280

王大帅， LIU Xiaoguang ，李伟，等 . 基于多传感器融合的无人机精准自主飞行控制方法［J］. 农业机械学报， 2019 ， 50 （ 12 ）： 98 - 106 . doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.12.011 http://dx.doi.org/10.6041/j.issn.1000-1298.2019.12.011

WANG D SH ， LIU X G ， LI W ， et al . Precision autonomous flight control method of UAV based on multi-sensor integration ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ， 2019 ， 50 （ 12 ）： 98 - 106 . （in Chinese） . doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2019.12.011 http://dx.doi.org/10.6041/j.issn.1000-1298.2019.12.011

黄晗丰 . 嵌入式高性能RTK定位导航系统开发［D］. 南京：南京航空航天大学， 2020 .

HUANG H F . Development of Embedded High Performance RTK Positioning and Navigation System ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ， 2020 . （in Chinese）

倪凯 . 基于精灵4 RTK无人机的1∶500地形图免像控测量［J］. 测绘技术装备， 2021 ， 23 （ 1 ）： 57 - 59 .

NI K . 1∶500 topographic mapping with free image control based on phantom 4 RTK UAV ［J］. Geomatics Technology and Equipment ， 2021 ， 23 （ 1 ）： 57 - 59 . （in Chinese）

RAJA V M . Vision based landing for unmanned aerial vehicle ［C］. 2011 Aerospace Conference . 512，2011 ， Big Sky ， MT ， USA . IEEE ， 2011 ： 1 - 8 . doi: 10.1109/aero.2011.5747518 http://dx.doi.org/10.1109/aero.2011.5747518

JUNG W ， KIM Y ， BANG H . Target state estimation for vision-based landing on a moving ground target ［C］. 2016 International Conference on Unmanned Aircraft Systems （ICUAS）. 710，2016 ， Arlington， VA， USA. IEEE ， 2016 ： 657 - 663 . doi: 10.1109/icuas.2016.7502552 http://dx.doi.org/10.1109/icuas.2016.7502552

WANG J ， MCKIVER D ， PANDIT S ， et al . Precision UAV landing control based on visual detection ［C］. 2020 IEEE Conference on Multimedia Information Processing and Retrieval . 68，2020 ， Shenzhen ， China . IEEE ， 2020 ： 205 - 208 . doi: 10.1109/mipr49039.2020.00049 http://dx.doi.org/10.1109/mipr49039.2020.00049

高翔 . 基于机载嵌入式平台的无人机视觉辅助自主降落［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2016 .

GAO X . Vision-assisted Auto Landing of UAV with Onboard Embedded System ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2016 . （in Chinese）

侯文平 . 基于动态目标跟踪的无人机视觉降落控制研究［D］. 大连：大连海事大学， 2019 .

HOU W P . Research on Visual Landing Control of UAV Based on Dynamic Target Tracking ［D］. Dalian ： Dalian Maritime University ， 2019 . （in Chinese）

张桢浩，孙伟，赵春宇 . 多传感器融合的无人机动态自主着陆系统［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 10 s）： 151 - 159 .

ZHANG ZH H ， SUN W ， ZHAO CH Y . Multi-sensor fusion UAV dynamic landing system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 10 s）： 151 - 159 . （in Chinese）

LEE H ， KIM W ， SEO J . Simulation of UWB radar-based positioning performance for a UAV in an urban area ［C］. 2018 IEEE International Conference on Consumer Electronics-Asia . 2426，2018 ， JeJu ， Korea （South） . IEEE ， 2018 ： 206 - 212 . doi: 10.1109/icce-asia.2018.8552148 http://dx.doi.org/10.1109/icce-asia.2018.8552148

张晨曦 . 超宽带信标室内定位系统关键技术研究［D］. 成都：电子科技大学， 2017 .

ZHANG CH X . Research on Key Techniques of UWB Beacon in the Indoor Positioning System ［D］. Chengdu ： University of Electronic Science and Technology of China ， 2017 . （in Chinese）

甄子洋 . 舰载无人机自主着舰回收制导与控制研究进展［J］. 自动化学报， 2019 ， 45 （ 4 ）： 669 - 681 .

ZHEN Z Y . Research development in autonomous carrier-landing/ship-recovery guidance and control of unmanned aerial vehicles ［J］. Acta Automatica Sinica ， 2019 ， 45 （ 4 ）： 669 - 681 . （in Chinese）

张强伟 . 基于UWB的精确定位算法及其数据分析［D］. 重庆：重庆邮电大学， 2019 .

ZHANG Q W . Research and Analysis of Accurate Positionning Algorithms and Its Data Based on UWB ［D］. Chongqing ： Chongqing University of Posts and Telecommunications ， 2019 . （in Chinese）

游小荣，裴浩，霍振龙 . 一种基于UWB的三边定位改进算法［J］. 工矿自动化， 2019 ， 45 （ 11 ）： 19 - 23 .

YOU X R ， PEI H ， HUO ZH L . An improved trilateral positioning algorithm based on UWB ［J］. Industry and Mine Automation ， 2019 ， 45 （ 11 ）： 19 - 23 . （in Chinese）

高雅弟 . 微型无人机三维空间定位研究［D］. 北京：华北电力大学， 2019 .

GAO Y D . Research on 3 D Spatial Positioning of Micro-UAV ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2019 . （in Chinese）

CHAN Y T ， HO K C . A simple and efficient estimator for hyperbolic location ［J］. IEEE Transactions on Signal Processing ， 1994 ， 42 （ 8 ）： 1905 - 1915 . doi: 10.1109/78.301830 http://dx.doi.org/10.1109/78.301830

浏览量

1308

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

增强反射的被动非视域成像U-NET重构

复杂关节物体六自由度位姿估计与实时系统

中国仪器企业如何突破规模瓶颈

地基空间目标望远镜全天时探测能力特性模型设计及实现

聚晶立方氮化硼脉冲激光烧蚀传热与去除规律