吴 玲， 孙永荣， 赵科东

(1.南京航空航天大学导航研究中心， 南京 210016； 2.南京航空航天大学金城学院机电工程与自动化学院， 南京 211156)

自主空中加油技术(autonomous aerial refueling，AAR)能够有效扩大无人机飞行半径，延长无人机留空时间，大大提高了无人机的性能，在军事和民用方面都具有较大的应用潜力。其中，软管-锥套式加油由于可以同时为多架无人机加油，并且成本低，方式简单，而应用广泛[1-3]。针对软管-锥套式自主空中加油技术，对加油锥套相对位置和姿态的高精度、实时测量，是实现加油对接的关键。而基于视觉导航的锥套的检测与跟踪是实现相对位姿测量的前提，首先需要准确获取捕获图像中锥套的位置，然后才能进一步确定受油机探头与锥套的相对位置[4-5]。

视觉导航技术是解决软管-锥套式空中加油近距相对导航的最有效的方法，越来越受到广大学者的关注。软管-锥套式加油技术的视觉系统可分为主动视觉系统和被动视觉系统[6]。主动视觉系统常采用明显的特征标记，如彩色记号或者LED(light emitting diodes)信标来定位锥套。VisNav(vision-based navigation)是一种常用的主动视觉系统，已在一些AAR研究中得到应用[7]。主动视觉系统中，锥套目标捕获处理时间短，可靠性高，但该方法需要对加油机的结构进行改变为信标供电。被动视觉系统无需安装额外的硬件而易于实现。Martinez 等[8]针对自主空中加油任务提出了一种仅依靠锥套自身特征的被动视觉方法。Yin等[9]提出了一种基于锥套口近似圆形和内部黑暗特征的锥套检测和跟踪方法，并利用边缘图像提取图像特征。……