本技术涉及空地协同编队控制，特别是涉及一种空地协同无人机起降控制系统及方法。
背景技术：
1、随着科学技术的发展，无人机（unmanned aerial vehicle，uav）与无人车（unmanned ground vehicle，ugv）之间形成的密切配合能够在多种环境中展现其应用价值。无人机具有视野广阔的优势，无人车则能够精准地到达目的地执行任务，基于此开发的空地协同系统能够有效提高任务的完成度。其中无人机在野外进行起降的操作方法包括使用部署至地面的自动起降无人机机场以及车载的无人机起降平台。
2、现有的空地协同车载的无人机起降系统在动态对接任务中，存在无法精准地进行对接降落的问题。在动态对接过程中，无人车和无人机都在运动，此时二者之间会产生倾斜角，现有研究为保证无人机的安全着陆，在空地协同平台上提出了三自由度无人机起降系统，起降系统的车载起降平台端可主动与无人机对接，而车载起降平台受到尺寸约束，其降落点的容错区域较小，该系统使用基于gps（global positioning system，全球定位系统）+rtk（rea-time kinematic，实时动态载波相位差分技术）的定位方案，无法确保无人机精确地降落在运动的起降平台上，因此需要研发一种适用于运动场景的空地协同无人机精准起降系统。
技术实现思路
1、本技术的目的是提供一种空地协同无人机起降控制系统及方法，能够完成运动场景下，空地协同无人机起降。
2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：
3、第一方面，本技术提供了一种空地协同无人机起降控制方法，所述空地协同无人机起降控制系统应用于一种空地协同编队，所述空地协同无人机起降控制系统包括：无人机端起降控制装置和无人车端起降控制装置。
4、所述无人机端起降控制装置应用于空地协同编队中的无人机。
5、所述无人车端起降控制装置应用于空地协同编队中的无人车。
6、所述无人机端起降控制装置包括：依次连接的无人机控制模块、无人机端精准起降系统控制模块和无人机端空地协同无线通信模块。
7、所述无人车端起降控制装置包括：依次连接的无人车端空地协同无线通信模块、无人车端精准起降系统控制模块和设置有起降引导标识的车载倾斜伺服起降平台。
8、所述无人机端空地协同无线通信模块与所述无人车端空地协同无线通信模块连接。
9、所述无人机端精准起降系统控制模块用于获取实时图像，基于所述实时图像中起降引导标识的位置生成水平方向修正指令，并将水平方向修正指令发送至所述无人机控制模块，直至起降引导标识位于实时图像的中心；所述无人机端精准起降系统控制模块还用于获取目标无人车的实时水平方向运动指令并生成下降指令，将实时水平方向运动指令和下降指令均发送至所述无人机控制模块；所述实时图像为无人机端起降控制装置所在无人机正下方图像；
10、所述无人机端精准起降系统控制模块还用于在起降引导标识位于实时图像的中心后，基于实时图像确定所在无人机与目标无人车的垂直距离，在所述垂直距离小于预设垂直距离阈值时获取所在无人机的姿态为第一姿态，并将第一姿态发送至目标无人车。
11、所述无人机控制模块用于执行水平方向修正指令，或同时执行实时水平方向运动指令和下降指令。
12、所述无人机端空地协同无线通信模块用于发送第一姿态，或接收目标无人车的实时水平方向运动指令。
13、所述无人车端空地协同无线通信模块用于接收第一姿态，或发送所在无人车的实时水平方向运动指令。
14、所述无人车端精准起降系统控制模块用于在接收到第一姿态时，生成姿态获取指令控制所述车载倾斜伺服起降平台获取自身姿态为第二姿态，根据第一姿态和第二姿态生成姿态调整指令直至第一姿态等于第二姿态。
15、所述车载倾斜伺服起降平台用于基于姿态调整指令调整自身姿态。
16、所述无人车端精准起降系统控制模块还用于在无人机降落完成后生成降落结束指令。
17、所述车载倾斜伺服起降平台用于在接收到降落结束指令时搭载无人机恢复至预设姿态和预设高度。
18、可选地，所述无人机端精准起降系统控制模块，包括：相机模组和视觉引导计算模组。
19、所述视觉引导计算模组分别与所述相机模组、所述无人机控制模块和所述无人机端空地协同无线通信模块连接。
20、所述相机模组用于获取实时图像。
21、所述视觉引导计算模组用于基于所述实时图像中起降引导标识的位置生成水平方向修正指令，并将水平方向修正指令发送至所述无人机控制模块，直至起降引导标识位于实时图像的中心；获取目标无人车的实时水平方向运动指令并生成下降指令，将实时水平方向运动指令和下降指令均发送至所述无人机控制模块；
22、所述视觉引导计算模组还用于在起降引导标识位于实时图像的中心后，基于实时图像确定所在无人机与目标无人车的垂直距离，在所述垂直距离小于预设垂直距离阈值时获取所在无人机的姿态为第一姿态，并将第一姿态发送至目标无人车。
23、可选地，所述车载倾斜伺服起降平台设置于所在无人车的车体上。所述车载倾斜伺服起降平台包括：升降装置，设置有多个，安装于所述车体上，每个所述升降装置均具有一个独立的升降端。
24、起降平台，安装于多个所述升降端上，不同升降端与所述起降平台不同部位连接。
25、姿态获取单元，设置于所述起降平台上并用于实时检测所述起降平台的姿态。
26、控制单元，所述控制单元分别与所述姿态获取单元和所述无人车端精准起降系统控制模块以及所有升降装置连接。所述控制单元用于基于所述起降平台的姿态确定所述车载倾斜伺服起降平台的自身姿态。所述控制单元还用于基于所述姿态调整指令或降落结束指令，控制所有升降装置。
27、可选地，所述升降装置为电动推杆。
28、可选地，所述电动推杆设置有五个，分别为一个第一电动推杆和四个第二电动推杆，四个所述第二电动推杆布设位置为矩形结构的四个角部，所述第一电动推杆布设在所述矩形结构的中心，所述第二电动推杆与所述车体以及所述起降平台均球铰连接，所述第一电动推杆与所述车体固定连接，所述第一电动推杆与所述起降平台球铰连接。
29、可选地，所述姿态获取单元包括安装于所述起降平台上的加速度计和陀螺仪。
30、所述加速度计和所述陀螺仪均与所述控制单元连接。
31、第二方面，本技术提供了一种空地协同无人机起降控制方法，所述空地协同无人机起降控制方法应用于所述的空地协同无人机起降控制系统，所述空地协同无人机起降控制方法包括：无人机端精准起降系统控制模块获取实时图像。
32、无人机端精准起降系统控制模块基于所述实时图像中起降引导标识的位置生成水平方向修正指令。
33、无人机控制模块执行水平方向修正指令，直至起降引导标识位于实时图像的中心。
34、无人机端精准起降系统控制模块获取目标无人车的实时水平方向运动指令，并生成下降指令，控制无人机控制模块执行实时水平方向运动指令和下降指令直至降落完成。
35、无人机端精准起降系统控制模块获取实时图像，并基于实时图像确定所在无人机与目标无人车的垂直距离，直至所述垂直距离小于预设垂直距离阈值时获取所在无人机的姿态为第一姿态，并将第一姿态发送至目标无人车。
36、无人车端精准起降系统控制模块在接收到第一姿态时，生成姿态获取指令控制所述车载倾斜伺服起降平台获取自身姿态为第二姿态，根据第一姿态和第二姿态生成姿态调整指令直至第一姿态等于第二姿态，在降落完成时生成降落结束指令。
37、车载倾斜伺服起降平台在接收到降落结束指令时搭载无人机恢复至预设姿态和预设高度。
38、可选地，基于所述实时图像中起降引导标识的位置生成水平方向修正指令，包括：
39、将实时图像进行灰度处理，得到实时灰度图像。
40、利用canny边缘检测算法提取实时灰度图像中的多条边界轮廓。
41、利用cv2.approxpolydp函数对每条边界轮廓进行多边形逼近处理，选取所有四边形边界轮廓为待定边界轮廓。
42、确定任一待定边界轮廓为当前待定边界轮廓。
43、根据目标无人车的起降引导标识维度，将当前待定边界轮廓内区域进行网格划分。
44、确定每个网格的网格亮度。网格亮度为对应网格内所有像素点亮度值的平均值。
45、确定最大网格亮度和最小网格亮度的平均值为划分阈值。
46、确定最大网格亮度和划分阈值的平均值为划分白阈值。
47、确定最小网格亮度和划分阈值的平均值为划分黑阈值。
48、基于所述划分白阈值和所述划分黑阈值，对当前待定边界轮廓进行二值化处理，得到当前待定边界轮廓的轮廓二维码。
49、更新当前待定边界轮廓，并返回步骤“根据目标无人车的起降引导标识维度，将当前待定边界轮廓内区域进行网格划分”直至当前待定边界轮廓的轮廓二维码与目标无人车的起降引导标识相同。
50、确定当前待定边界轮廓为起降引导标识边界轮廓。
51、获取起降引导标识边界轮廓四个顶点的像素坐标平均值，为起降引导标识的位置。
52、获取实时灰度图像的中点位置。
53、在起降引导标识的位置与中点位置未重合时，基于起降引导标识的位置和中点位置，生成水平方向修正指令。
54、可选地，基于实时图像确定所在无人机与目标无人车的垂直距离，包括：
55、获取实时图像的像素点数量为第一像素点数量。
56、确定起降引导标识边界轮廓。
57、获取起降引导标识边界轮廓内的第二像素点数量。
58、确定第二像素点数量与第一像素点数量的比值。
59、基于所述比值确定所在无人机与目标无人车的垂直距离。
60、可选地，所述姿态调整指令为：
61、。
62、。
63、其中， lf为左前第二电动推杆驱动量；为左前第二电动推杆与右前第二电动推杆的安装间距； b为左前第二电动推杆与左后第二电动推杆的安装间距； roll为以无人车为参考系的左右方向的倾斜量，，其中，为相对姿态，为表示相对姿态的四元数中的第一个元素；为表示相对姿态的四元数中的第二个元素；为表示相对姿态的四元数中的第三个元素；为表示相对姿态的四元数中的第四个元素；为第一姿态，为表示第一姿态的四元数中的第一个元素；为表示第一姿态的四元数中的第二个元素；为表示第一姿态的四元数中的第三个元素；为表示第一姿态的四元数中的第四个元素；为第二姿态的逆，第二姿态，为表示第二姿态的四元数中的第一个元素；为表示第二姿态的四元数中的第二个元素；为表示第二姿态的四元数中的第三个元素；为表示第二姿态的四元数中的第四个元素； pitch为以无人车为参考系的前后方向的倾斜量，； rf为右前第二电动推杆驱动量； lr为左后第二电动推杆驱动量； rr为右后第二电动推杆驱动量； ct为第一电动推杆驱动量； h为起降平台距离车辆底盘的垂直距离，为无人机与车载平台底盘的高度差，为起降平台的高度。
64、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：
65、本技术提供了一种空地协同无人机起降控制系统及方法，应用于一种空地协同编队，其中无人机端起降控制装置应用于空地协同编队中的无人机。无人车端起降控制装置应用于空地协同编队中的无人车。无人机端起降控制装置基于实时图像调整自身水平方向与起降引导标识对齐，水平方向与目标无人车同步运动，不断下降至降落完成，下降至与目标无人车的垂直距离小于预设垂直距离阈值时无人车端起降控制装置调整自身姿态与无人机相同，直至无人机降落完成后搭载无人机恢复至预设姿态和预设高度，进而完成运动场景下空地协同无人机起降，本技术基于视觉引导倾斜与伺服平台的空地协同动态相对位姿校正，利用视觉引导实现空地协同平台在运动场景的精准起降，利用起降平台实现了无人机与无人车车载起降平台的姿态同步对接，降低了稳定降落的控制难度，解决了现有的空地协同无人机起降系统在动态对接任务下无法实现精准稳定起降的问题。
1.一种空地协同无人机起降控制系统，其特征在于，所述空地协同无人机起降控制系统应用于一种空地协同编队，所述空地协同无人机起降控制系统包括：无人机端起降控制装置和无人车端起降控制装置；
2.根据权利要求1所述的空地协同无人机起降控制系统，其特征在于，所述无人机端精准起降系统控制模块，包括：
3.根据权利要求1所述的空地协同无人机起降控制系统，其特征在于，所述车载倾斜伺服起降平台设置于所在无人车的车体上；所述车载倾斜伺服起降平台包括：
4.根据权利要求3所述的空地协同无人机起降控制系统，其特征在于，所述升降装置为电动推杆。
5.根据权利要求4所述的空地协同无人机起降控制系统，其特征在于，所述电动推杆设置有五个，分别为一个第一电动推杆和四个第二电动推杆，四个所述第二电动推杆布设位置为矩形结构的四个角部，所述第一电动推杆布设在所述矩形结构的中心，所述第二电动推杆与所述车体以及所述起降平台均球铰连接，所述第一电动推杆与所述车体固定连接，所述第一电动推杆与所述起降平台球铰连接。
6.根据权利要求3所述的空地协同无人机起降控制系统，其特征在于，所述姿态获取单元包括安装于所述起降平台上的加速度计和陀螺仪；
7.一种空地协同无人机起降控制方法，其特征在于，所述空地协同无人机起降控制方法应用于如权利要求1-6任一项所述的空地协同无人机起降控制系统，所述空地协同无人机起降控制方法包括：
8.根据权利要求7所述的空地协同无人机起降控制方法，其特征在于，基于所述实时图像中起降引导标识的位置生成水平方向修正指令，包括：
9.根据权利要求8所述的空地协同无人机起降控制方法，其特征在于，基于实时图像确定所在无人机与目标无人车的垂直距离，包括：
10.根据权利要求8所述的空地协同无人机起降控制方法，其特征在于，所述姿态调整指令为：
