CN115981355A - 一种可快速精准降落的无人机自动巡航方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明控制调节技术领域，特别涉及一种可快速精准降落的无人机自动巡航方法及***，无人机起降平台置于地面或可移动无人车，巡航控制设备连接GPS定位设备和无人机遥控设备置于无人机起降平台内部，操作面板连接巡航控制设备嵌于无人机起降平台外表面，视觉识别标识绘制于无人机起降平台上表面。本发明的有益效果是：现有技术相比具有更高的降落精准度，可及时对无人机进行控制，避免了无人机在降落目标附近徘徊，实现了无人机的快速降落，只需GPS设备提供大致GPS坐标和视觉识别标识用于检测，与其他采用RTK设备提供精准GPS坐标或通过激光发射器和光传感器确定降落位置的方法相比成本更低。

Description

一种可快速精准降落的无人机自动巡航方法及***

技术领域

本发明涉及控制调节技术领域，特别涉及一种可快速精准降落的无人机自动巡航方法及***。

背景技术

无人机(UAV，Unmanned Aerial Vehicle)是一种利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合环境危险、有人驾驶飞机难以执行的任务。随着无人机操控技术的进步，以及其结构不断向轻量化、小型化发展，已逐渐由军用侦察机和靶机转向民用领域。民用方面，由于无人机其结构简单、稳定性高、机动性强、适应环境能力强等特点，广泛应用于巡检、中继、气象、物流等相关领域。此外无人机还可以搭配高速相机、热成像仪等专业设备用于各种信息的侦测。

现有的无人机多为工作人员在地面利用无线电遥控设备控制，或由计算机完全地或间歇的自主控制。为使无人机适用于更多领域，目前市面上出现了多种无人机自动巡航***，可在没有工作人员的情况下自动完成事先设定的飞行任务，减少了人力成本。但由于无人机续航时间短，为实现完善的自动化流程，进一步减少人力，常常需要与无人机起降平台配套使用，无人机起降平台供无人机停泊和充电。而现有的无人机自动巡航***在完成飞行任务后常常需要工作人员手动降落，或由计算机控制自动降落，这些方法分别存在着不能实现完全自动化和降落精度差无法精准降落于无人机起降平台的问题。且目前一些利用RTK定位设备或计算机视觉方法实现精准降落的方法，也存在着降落时间长、易受气流影响和成本高等问题。

为此，本申请设计了一种可快速精准降落的无人机自动巡航方法及***，以解决上述问题。

发明内容

本发明为了弥补现有技术中的不足，提供了一种可快速精准降落的无人机自动巡航方法及***，在无人机完成飞行任务后利用实时目标检测算法实现控制无人机精准降落于无人机起降平台，从而实现无人机巡航的完整自动化流程，减少了人力成本。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种无人机自动巡航***，包括：无人机、无人机遥控设备、GPS定位设备、无人机起降平台、视觉识别标识、巡航控制设备。无人机起降平台置于地面或可移动无人车，巡航控制设备连接GPS定位设备和无人机遥控设备置于无人机起降平台内部，操作面板连接巡航控制设备嵌于无人机起降平台外表面，视觉识别标识绘制于无人机起降平台上表面。

进一步的，所述无人机内置GPS定位设备用于获取无人机位置信息，配备主摄像头用于拍摄，配备下视摄像头用于悬停降落，配备三轴云台控制主摄像头角度，配备多个超声波雷达用于避障。

进一步的，所述无人机遥控设备发送无线电连接无人机，配备摇杆手柄用于手动控制无人机，并可利用usb数据线连接巡航控制设备，通过巡航控制设备内置程序实现对无人机自动控制。

进一步的，所述无人机起降平台尺寸为0.5m*0.5m，搭载电池或连接交流电为巡航控制设备供电，内置GPS定位设备用于确定无人机起降平台位置信息。

进一步的，所述GPS定位设备置于无人机起降平台内部，由无人机起降平台供电，并利用串口与巡航控制设备进行通讯。

进一步的，所述视觉识别标识尺寸为0.5m*0.5m与无人机起降平台尺寸相当，由远距离识别图形、近距离识别图形、方向定位图形所构成。其中远距离识别图形尺寸为0.5m*0.5m；近距离识别图形尺寸为0.1m*0.1m，绘制于视觉识别标识中心；方向定位图形尺寸为0.1m*0.1m，绘制于近距离识别图形正上方0.1m处，用于识别无人机起降平台正方向。

进一步的，所述巡航控制设备搭载android操作***，通过usb数据线和串口分别连接无人机遥控设备和GPS定位设备，内置无人机巡航控制程序对无人机进行自动化控制，实现可快速精准降落的无人机自动巡航方法，配备显示屏以进行触屏操作。

优选的，所述巡航控制设备配置NPU计算资源，以提供巡航控制程序算力，提高无人机降落精准度。

基于上述的无人机自动巡航***，可快速精准降落的无人机自动巡航方法为：

S1，***准备，首先完成***准备工作，无人机起降平台置于开阔无遮挡的平地；开启无人机起降平台电源为巡航控制设备、GPS定位设备和无人机遥控设备供电；开启巡航控制设备、无人机遥控设备和无人机，并将无人机置于无人机起降平台上方准备起飞；

S2，发布巡航任务，通过点击巡航控制设备内置巡航控制程序中的地图或通过手动输入GPS坐标点制定由一系列航点组成巡航任务；根据周围环境设置无人机飞行高度、飞行速度信息；巡航控制设备通过无人机遥控设备向无人机下达巡航指令；

S3，执行巡航任务，无人机接收到无人机遥控设备发送的巡航指令后执行起飞操作；无人机以2赫兹的频率向巡航控制设备发送包括其GPS坐标、飞行高度、航向、无人机电量状态信息；巡航控制设备根据无人机飞行高度信息，调整无人机竖直方向速度，控制无人机到达设置的飞行高度；巡航控制设备根据当前无人机的GPS坐标和当前巡航目标的GPS坐标计算当前巡航目标相对于无人机的方向，并根据当前无人机实际航向控制无人机进行无人机水平方向的旋转，使无人机航向对准当前巡航目标；计算两GPS坐标点方向角的具体公式如下，

，

巡航控制设备控制无人机以设置速度向当前巡航目标飞行，并实时微调无人机航向；巡航控制设备根据当前无人机GPS坐标和当前巡航目标的GPS坐标实时计算无人机与巡航目标间的距离，当无人机距离与当前巡航目标间的距离小于3m时，便视为完成了对此目标点的巡视，巡航控制设备更新巡航目标，无人机开始以相同方式向下一巡航目标飞行；计算两GPS坐标点距离的具体公式如下：

，

其中（lat1,lng2），(lat2,lng2)为两点的GPS坐标，Rad是角度转弧度的算法，6378137为地球赤道半径，dis为计算出的两GPS坐标点的距离；当无人机到达最后一个巡航目标点后无人机结束巡航任务，并向巡航控制设备发送信号，等待返航指令；

S4，发送返航指令，巡航控制设备收到无人机巡航任务结束的信号后，开始计算无人机的返航高度；已知GPS定位技术的最大误差，无人机下视摄像头视角，无人机起降平台的尺寸，返航高度H的计算公式如下：结合返航高度H和通过GPS定位设备获取的当前无人机起降平台的GPS坐标，得到无人机返航悬停点(Lat, Lng,H)；巡航控制设备向无人机发送返航指令；

S5，无人机自动返航，巡航控制设备通过与执行巡航任务相同的方式控制无人机向返航悬停点方向飞行，并在到达返航悬停点的GPS坐标点后，巡航控制设备调整无人机竖直方向速度，控制无人机悬停于悬停高度H；

S6，视觉目标检测，无人机到达返航悬停点，开启下视摄像头进行实时视频传输将无人机下视摄像头所摄的视频传输至巡航控制设备；巡航控制设备运行实时目标检测算法，对无人机所摄视频中的视觉识别标识进行检测，得到远距离识别图形、近距离识别图形、方向定位图形的中心相对于无人机所摄视频的相对位置坐标；

S7，调整无人机航向，为方便降落后无人机起降平台对无人机进行操作，需保证无人机降落之后无人机航向，与无人机起降平台正方向一致；根据近距离识别图形和方向定位图形的坐标，计算无人机航向与无人机起降平台正方向的偏差角度，公式为：巡航控制设备向无人机发送旋转指令，控制无人机旋转偏差角度，使无人机航向对准无人机起降平台正方向；

S8，水平位置调整，无人机在视觉识别标识的引导下进行降落，巡航控制设备结合视觉识别标识在无人机所摄视频中的相对位置和无人机当前的状态信息综合计算出控制无人机降落的最优指令，并以20赫兹的频率向无人机发送该指令以达到最优的降落效果；具体的，当无人机飞行高度大于2m时，根据远距离识别图形坐标和当前无人机飞行高度h计算出无人机x方向和y方向上的速度，公式如下：

由于无人机飞行高度高时，相同的坐标偏差相比于无人机飞行高度低时，无人机与视觉识别标识的实际水平距离更大，故速度乘以系数h,为速度平衡系数，起到抵抗降落过程中由气流引起的位置偏移和加快降落的作用，巡航控制设备以20赫兹的频率更新速度和速度平衡系数；降落开始，若降落过程中连续两次或同号，即无人机在x或y方向上运动方向相同，表示无人机距视觉识别标识距离较远，进行或操作，以加快无人机到达视觉识别标识；若降落过程中连续两次或异号，即无人机在x或y方向上运动方向相反，表示无人机已靠近视觉识别标识，进行或操作，以使无人机位置收敛于视觉识别标识，防止无人机在视觉识别标识附近反复往来运动。当无人机飞行高度大于2m时，无人机以远距离识别图形为目标进行降落，当无人机飞行高度小于2m时，由于飞行高度过低且无人机下视摄像头所摄范围有限，无法完整拍摄完整的远距离识别图形，故以尺寸更小的近距离识别图形作为目标进行降落；

S9，引导下降，当无人机飞行高度大于2m，无人机距远距离识别图形中心位置偏差小于0.1，即时，巡航控制设备控制无人机以0.3m/s的速度垂直降落；当无人机高度小于2m，无人机距近距离识别图形中心位置偏差小于0.05，时，巡航控制设备控制无人机以0.2m/s的速度垂直降落；当降落过程中位置偏差大于规定值，无人机停止下降重复步骤S8的水平位置调整，直到位置偏差小于规定值。因无人机在高处收到气流影响大，会在下降过程中再度发生位置偏离，故在无人机高度大于2m时位置偏差阙值定为0.1，以防止无人机长时间处于S8，加快降落过程；

S10，降落完成，当无人机飞行高度低于0.5m时，无人机停止下降，巡航控制设备控制无人机连续2s保持视觉识别目标偏差小于0.05，随后控制无人机以4m/s的速度快速降落于无人机起降平台，以避免落地过程中发生偏移，无人机向巡航控制设备发送降落完成信号，完成巡航降落过程。

本发明的有益效果是：

1.本发明提出的无人机自动巡航方法通过利用计算机视觉的方法在降落过程中实时控制无人机，对降落过程中的产生的偏差进行及时修正，同时引入速度平衡系数削弱了降落过程中气流引起的偏差，最终实现了降落精度在5cm以内，与现有技术相比具有更高的降落精准度。

2.本发明通过引入速度平衡系数加快了无人机向降落目标的位置收敛，同时巡航控制设备利用NPU计算资源实现了对视觉识别标识的频率为20赫兹实时检测，可及时对无人机进行控制，避免了无人机在降落目标附近徘徊，实现了无人机的快速降落，与现有比现有技术具有更快的降落速度。

3.本发明通过计算机视觉方法确定降落位置，只需GPS设备提供大致GPS坐标和视觉识别标识用于检测，与其他采用RTK设备提供精准GPS坐标或通过激光发射器和光传感器确定降落位置的方法相比成本更低。

4.本发明提出的无人机自动巡航方法，可在无人机降落时通过对方向定位图形的检测控制无人机航向指向无人机起降平台正方向，在无人机起降平台正方向不确定的场景与现有技术相比有着更好的应用。

附图说明

图1为本发明的无人机方向示意图；

图2为本发明的自动巡航***整体架构图；

图3为本发明的自动巡航方法流程图；

图4为本发明的自动降落方法流程图；

图5为本发明的视觉识别标识示意图；

图6为本发明的经纬度方向角计算示意图；

图7为本发明的无人机自动巡航试验结果统计表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1-图5为本发明的一种具体实施例，该实施例为一种可快速精准降落的无人机自动巡航方法及***，***包括：无人机、无人机遥控设备、GPS定位设备、无人机起降平台、视觉识别标识、巡航控制设备。无人机起降平台置于地面或可移动无人车，巡航控制设备连接GPS定位设备和无人机遥控设备置于无人机起降平台内部，操作面板连接巡航控制设备嵌于无人机起降平台外表面，视觉识别标识绘制于无人机起降平台上表面。无人机内置GPS定位设备用于获取无人机位置信息，配备主摄像头用于拍摄，配备下视摄像头用于悬停降落，配备三轴云台控制主摄像头角度，配备多个超声波雷达用于避障。无人机遥控设备发送无线电连接无人机，配备摇杆手柄用于手动控制无人机，并可利用usb数据线连接巡航控制设备，通过巡航控制设备内置程序实现对无人机自动控制。无人机起降平台尺寸为0.5m×0.5m，搭载电池或连接交流电为巡航控制设备供电，内置GPS定位设备用于确定无人机起降平台位置信息。GPS定位设备置于无人机起降平台内部，由无人机起降平台供电，并利用串口与巡航控制设备进行通讯。视觉识别标识尺寸为0.5m×0.5m与无人机起降平台尺寸相当，由远距离识别图形、近距离识别图形、方向定位图形所构成（如附图5）。其中远距离识别图形尺寸为0.5m*0.5m；近距离识别图形尺寸为0.1m*0.1m，绘制于视觉识别标识中心；方向定位图形尺寸为0.1m*0.1m，绘制于近距离识别图形正上方0.1m处，用于识别无人机起降平台正方向。巡航控制设备搭载android操作***，通过usb数据线和串口分别连接无人机遥控设备和GPS定位设备，内置无人机巡航控制程序对无人机进行自动化控制，实现可快速精准降落的无人机自动巡航方法，配备显示屏以进行触屏操作。巡航控制设备配置NPU计算资源，以提供巡航控制程序算力，提高无人机降落精准度。

一种可快速精准降落的无人机自动巡航方法，所述无人机自动巡航方法利用本发明无人机自动巡航***实现，包括如下步骤：

S1，***准备，首先完成***准备工作，无人机起降平台置于开阔无遮挡的平地；开启无人机起降平台电源为巡航控制设备、GPS定位设备和无人机遥控设备供电；开启巡航控制设备、无人机遥控设备和无人机，并将无人机置于无人机起降平台上方准备起飞；

S2，发布巡航任务，通过点击巡航控制设备内置巡航控制程序中的地图或通过手动输入GPS坐标点制定由一系列航点组成巡航任务；根据周围环境设置无人机飞行高度、飞行速度信息；巡航控制设备通过无人机遥控设备向无人机下达巡航指令；

S3，执行巡航任务，无人机接收到无人机遥控设备发送的巡航指令后执行起飞操作；无人机以2赫兹的频率向巡航控制设备发送包括其GPS坐标、飞行高度、航向、无人机电量状态信息；巡航控制设备根据无人机飞行高度信息，调整无人机竖直方向速度，控制无人机到达设置的飞行高度；巡航控制设备根据当前无人机的GPS坐标和当前巡航目标的GPS坐标计算当前巡航目标相对于无人机的方向，并根据当前无人机实际航向控制无人机进行无人机水平方向的旋转，使无人机航向对准当前巡航目标；计算两GPS坐标点方向角的具体公式如下，

，

巡航控制设备控制无人机以设置速度向当前巡航目标飞行，并实时微调无人机航向；巡航控制设备根据当前无人机GPS坐标和当前巡航目标的GPS坐标实时计算无人机与巡航目标间的距离，当无人机距离与当前巡航目标间的距离小于3m时，便视为完成了对此目标点的巡视，巡航控制设备更新巡航目标，无人机开始以相同方式向下一巡航目标飞行；计算两GPS坐标点距离的具体公式如下：

，其中（lat1,lng2），(lat2,lng2)为两点的GPS坐标，Rad是角度转弧度的算法，6378137为地球赤道半径，dis为计算出的两GPS坐标点的距离；当无人机到达最后一个巡航目标点后无人机结束巡航任务，并向巡航控制设备发送信号，等待返航指令；

S4，发送返航指令，巡航控制设备收到无人机巡航任务结束的信号后，开始计算无人机的返航高度；已知GPS定位技术的最大误差，无人机下视摄像头视角，无人机起降平台的尺寸，返航高度H的计算公式如下：结合返航高度H和通过GPS定位设备获取的当前无人机起降平台的GPS坐标，得到无人机返航悬停点(Lat, Lng,H)；巡航控制设备向无人机发送返航指令；

S5，无人机自动返航，巡航控制设备通过与执行巡航任务相同的方式控制无人机向返航悬停点方向飞行，并在到达返航悬停点的GPS坐标点后，巡航控制设备调整无人机竖直方向速度，控制无人机悬停于悬停高度H；

S6，视觉目标检测，无人机到达返航悬停点，开启下视摄像头进行实时视频传输将无人机下视摄像头所摄的视频传输至巡航控制设备；巡航控制设备运行实时目标检测算法，对无人机所摄视频中的视觉识别标识进行检测，得到远距离识别图形、近距离识别图形、方向定位图形的中心相对于无人机所摄视频的相对位置坐标；

S7，调整无人机航向，为方便降落后无人机起降平台对无人机进行操作，需保证无人机降落之后无人机航向，与无人机起降平台正方向一致；根据近距离识别图形和方向定位图形的坐标，计算无人机航向与无人机起降平台正方向的偏差角度，公式为：巡航控制设备向无人机发送旋转指令，控制无人机旋转偏差角度，使无人机航向对准无人机起降平台正方向；

S8，水平位置调整，无人机在视觉识别标识的引导下进行降落，巡航控制设备结合视觉识别标识在无人机所摄视频中的相对位置和无人机当前的状态信息综合计算出控制无人机降落的最优指令，并以20赫兹的频率向无人机发送该指令以达到最优的降落效果；具体的，当无人机飞行高度大于2m时，根据远距离识别图形坐标和当前无人机飞行高度h计算出无人机x方向和y方向上的速度，公式如下：

由于无人机飞行高度高时，相同的坐标偏差相比于无人机飞行高度低时，无人机与视觉识别标识的实际水平距离更大，故速度乘以系数h,为速度平衡系数，起到抵抗降落过程中由气流引起的位置偏移和加快降落的作用，巡航控制设备以20赫兹的频率更新速度和速度平衡系数；降落开始，若降落过程中连续两次或同号，即无人机在x或y方向上运动方向相同，表示无人机距视觉识别标识距离较远，进行或操作，以加快无人机到达视觉识别标识；若降落过程中连续两次或异号，即无人机在x或y方向上运动方向相反，表示无人机已靠近视觉识别标识，进行或操作，以使无人机位置收敛于视觉识别标识，防止无人机在视觉识别标识附近反复往来运动。当无人机飞行高度大于2m时，无人机以远距离识别图形为目标进行降落，当无人机飞行高度小于2m时，由于飞行高度过低且无人机下视摄像头所摄范围有限，无法完整拍摄完整的远距离识别图形，故以尺寸更小的近距离识别图形作为目标进行降落；

S9，引导下降，当无人机飞行高度大于2m，无人机距远距离识别图形中心位置偏差小于0.1，即时，巡航控制设备控制无人机以0.3m/s的速度垂直降落；当无人机高度小于2m，无人机距近距离识别图形中心位置偏差小于0.05，时，巡航控制设备控制无人机以0.2m/s的速度垂直降落；当降落过程中位置偏差大于规定值，无人机停止下降重复步骤S8的水平位置调整，直到位置偏差小于规定值。因无人机在高处收到气流影响大，会在下降过程中再度发生位置偏离，故在无人机高度大于2m时位置偏差阙值定为0.1，以防止无人机长时间处于S8，加快降落过程；

S10，降落完成，当无人机飞行高度低于0.5m时，无人机停止下降，巡航控制设备控制无人机连续2s保持视觉识别目标偏差小于0.05，随后控制无人机以4m/s的速度快速降落于无人机起降平台，以避免落地过程中发生偏移，无人机向巡航控制设备发送降落完成信号，完成巡航降落过程。

对该无人机自动巡航方法进行实验测试，主要测试内容包括巡航功能、降落速度、降落误差，共进行实验30次实验结果如图7所示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种可快速精准降落的无人机自动巡航***，包括无人机、无人机遥控设备、GPS定位设备、无人机起降平台、视觉识别标识和巡航控制设备，其特征在于：

所述无人机起降平台置于地面或可移动无人车上，所述巡航控制设备连接GPS定位设备和无人机遥控设备置于无人机起降平台内部，所述无人机起降平台外表面嵌有操作面板，操作面板连接巡航控制设备，所述视觉识别标识绘制于无人机起降平台上表面。

2.根据权利要求1所述的可快速精准降落的无人机自动巡航***，其特征在于：

所述无人机内置GPS定位设备，用于获取无人机位置信息，配备主摄像头用于拍摄，配备下视摄像头用于悬停降落，配备三轴云台控制主摄像头角度，配备若干个超声波雷达用于避障。

3.根据权利要求1所述的可快速精准降落的无人机自动巡航***，其特征在于：

所述无人机遥控设备发送无线电连接无人机，配备摇杆手柄用于手动控制无人机，并可利用usb数据线连接巡航控制设备，通过巡航控制设备内置程序实现对无人机自动控制。

4.根据权利要求1所述的可快速精准降落的无人机自动巡航***，其特征在于：

所述无人机起降平台尺寸为0.5m*0.5m，搭载电池或连接交流电为巡航控制设备供电，内置GPS定位设备用于确定无人机起降平台位置信息。

5.根据权利要求1所述的可快速精准降落的无人机自动巡航***，其特征在于：

所述GPS定位设备置于无人机起降平台内部，由无人机起降平台供电，并利用串口与巡航控制设备进行通讯。

6.根据权利要求1所述的可快速精准降落的无人机自动巡航***，其特征在于：

所述视觉识别标识尺寸为0.5m*0.5m，由远距离识别图形、近距离识别图形、方向定位图形所构成，其中远距离识别图形尺寸为0.5m*0.5m；近距离识别图形尺寸为0.1m*0.1m，绘制于视觉识别标识中心；方向定位图形尺寸为0.1m*0.1m，绘制于近距离识别图形正上方0.1m处，用于识别无人机起降平台正方向。

7.根据权利要求1所述的可快速精准降落的无人机自动巡航***，其特征在于：

所述巡航控制设备搭载android操作***，通过usb数据线和串口分别连接无人机遥控设备和GPS定位设备，内置无人机巡航控制程序对无人机进行自动化控制，实现可快速精准降落的无人机自动巡航方法，配备显示屏以进行触屏操作；所述巡航控制设备配置NPU计算资源，以提供巡航控制程序算力，提高无人机降落精准度。

8.一种可快速精准降落的无人机自动巡航方法应用如权利要求1-7任意一项所述的可快速精准降落的无人机自动巡航***，其特征在于，包括以下步骤：

S1，***准备，首先完成***准备工作，无人机起降平台置于开阔无遮挡的平地；开启无人机起降平台电源为巡航控制设备、GPS定位设备和无人机遥控设备供电；开启巡航控制设备、无人机遥控设备和无人机，并将无人机置于无人机起降平台上方准备起飞；

S2，发布巡航任务，通过点击巡航控制设备内置巡航控制程序中的地图或通过手动输入GPS坐标点制定由一系列航点组成巡航任务；根据周围环境设置无人机飞行高度、飞行速度信息；巡航控制设备通过无人机遥控设备向无人机下达巡航指令；

S3，执行巡航任务，无人机接收到无人机遥控设备发送的巡航指令后执行起飞操作；无人机以2赫兹的频率向巡航控制设备发送包括其GPS坐标、飞行高度、航向、无人机电量状态信息；巡航控制设备根据无人机飞行高度信息，调整无人机竖直方向速度，控制无人机到达设置的飞行高度；巡航控制设备根据当前无人机的GPS坐标和当前巡航目标的GPS坐标计算当前巡航目标相对于无人机的方向，并根据当前无人机实际航向控制无人机进行无人机水平方向的旋转，使无人机航向对准当前巡航目标；巡航控制设备控制无人机以设置速度向当前巡航目标飞行，并实时微调无人机航向；巡航控制设备根据当前无人机GPS坐标和当前巡航目标的GPS坐标实时计算无人机与巡航目标间的距离，当无人机距离与当前巡航目标间的距离小于3m时，便视为完成了对此目标点的巡视，巡航控制设备更新巡航目标，无人机开始以相同方式向下一巡航目标飞行；当无人机到达最后一个巡航目标点后无人机结束巡航任务，并向巡航控制设备发送信号，等待返航指令；

S4，发送返航指令，巡航控制设备收到无人机巡航任务结束的信号后，开始计算无人机的返航高度；已知GPS定位技术的最大误差，无人机下视摄像头视角，无人机起降平台的尺寸 ，返航高度H的计算公式如下：结合返航高度H和通过GPS定位设备获取的当前无人机起降平台的GPS坐标，得到无人机返航悬停点(Lat, Lng, H)；巡航控制设备向无人机发送返航指令；

S5，无人机自动返航，巡航控制设备通过与执行巡航任务相同的方式控制无人机向返航悬停点方向飞行，并在到达返航悬停点的GPS坐标点后，巡航控制设备调整无人机竖直方向速度，控制无人机悬停于悬停高度H；

S6，视觉目标检测，无人机到达返航悬停点，开启下视摄像头进行实时视频传输将无人机下视摄像头所摄的视频传输至巡航控制设备；巡航控制设备运行实时目标检测算法，对无人机所摄视频中的视觉识别标识进行检测，得到远距离识别图形、近距离识别图形、方向定位图形的中心相对于无人机所摄视频的相对位置坐标；

S7，调整无人机航向，为方便降落后无人机起降平台对无人机进行操作，需保证无人机降落之后无人机航向，与无人机起降平台正方向一致；根据近距离识别图形和方向定位图形的坐标，计算无人机航向与无人机起降平台正方向的偏差角度，公式为：，巡航控制设备向无人机发送旋转指令，控制无人机旋转偏差角度，使无人机航向对准无人机起降平台正方向；

S8，水平位置调整，无人机在视觉识别标识的引导下进行降落，巡航控制设备结合视觉识别标识在无人机所摄视频中的相对位置和无人机当前的状态信息综合计算出控制无人机降落的最优指令，并以20赫兹的频率向无人机发送该指令以达到最优的降落效果；具体的，当无人机飞行高度大于2m时，根据远距离识别图形坐标和当前无人机飞行高度h计算出无人机x方向和y方向上的速度，公式如下：

由于无人机飞行高度高时，相同的坐标偏差相比于无人机飞行高度低时，无人机与视觉识别标识的实际水平距离更大，故速度乘以系数h, 为速度平衡系数，起到抵抗降落过程中由气流引起的位置偏移和加快降落的作用，巡航控制设备以20赫兹的频率更新速度和速度平衡系数；降落开始，若降落过程中连续两次或同号，即无人机在x或y方向上运动方向相同，表示无人机距视觉识别标识距离较远，进行或操作，以加快无人机到达视觉识别标识；若降落过程中连续两次或异号，即无人机在x或y方向上运动方向相反，表示无人机已靠近视觉识别标识，进行或操作，以使无人机位置收敛于视觉识别标识，防止无人机在视觉识别标识附近反复往来运动；当无人机飞行高度大于2m时，无人机以远距离识别图形为目标进行降落，当无人机飞行高度小于2m时，由于飞行高度过低且无人机下视摄像头所摄范围有限，无法完整拍摄完整的远距离识别图形，故以尺寸更小的近距离识别图形作为目标进行降落；

S9，引导下降，当无人机飞行高度大于2m，无人机距远距离识别图形中心位置偏差小于0.1，即时，巡航控制设备控制无人机以0.3m/s的速度垂直降落；当无人机高度小于2m，无人机距近距离识别图形中心位置偏差小于0.05，时，巡航控制设备控制无人机以0.2m/s的速度垂直降落；当降落过程中位置偏差大于规定值，无人机停止下降重复步骤S8的水平位置调整，直到位置偏差小于规定值；因无人机在高处收到气流影响大，会在下降过程中再度发生位置偏离，故在无人机高度大于2m时位置偏差阙值定为0.1，以防止无人机长时间处于S8，加快降落过程；

S10，降落完成，当无人机飞行高度低于0.5m时，无人机停止下降，巡航控制设备控制无人机连续2s保持视觉识别目标偏差小于0.05，随后控制无人机以4m/s的速度快速降落于无人机起降平台，以避免落地过程中发生偏移，无人机向巡航控制设备发送降落完成信号，完成巡航降落过程。

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