本文關(guān)鍵詞： 無人機(jī) 自主空中加油 位姿估計(jì) 數(shù)字仿真 半物理仿真　出處：《南京航空航天大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：無人機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)場上發(fā)揮著日益重要的作用。為了提高無人機(jī)的作戰(zhàn)效能,自主空中加油技術(shù)受到各國廣泛研究。與傳統(tǒng)的導(dǎo)航方式相比,視覺導(dǎo)航方式具有精度高、頻率快、不受電子干擾等優(yōu)點(diǎn)。本文針對無人機(jī)軟式自主空中加油視覺導(dǎo)航技術(shù)展開了深入的研究。本文首先根據(jù)無人機(jī)軟式自主空中加油的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了軟式自主空中加油視覺導(dǎo)航系統(tǒng),包括視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的使用方案,視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的組成,視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的工作流程等。其次,提出了軟式自主空中加油視覺導(dǎo)航算法�；谳o助識(shí)別標(biāo)志的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了視覺導(dǎo)航圖像的預(yù)處理及特征點(diǎn)提取算法。采用隨機(jī)Hough變換檢測錐套目標(biāo),并基于卡爾曼濾波設(shè)計(jì)了錐套目標(biāo)跟蹤算法。針對點(diǎn)特征的位姿估計(jì)問題,研究了傳統(tǒng)的正交迭代算法,并針對該算法存在的問題采用了改進(jìn)算法進(jìn)行位姿參數(shù)估計(jì)。再次,設(shè)計(jì)了軟式自主空中加油視覺導(dǎo)航數(shù)字仿真系統(tǒng)。利用三維仿真軟件Vega模擬空中加油場景,采用Simulink設(shè)計(jì)了軟式自主空中加油視覺導(dǎo)航控制系統(tǒng),利用MFC將Vega及Simulink結(jié)合起來構(gòu)成閉合仿真回路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的軟式自主空中加油視覺導(dǎo)航算法的有效性。最后,在數(shù)字仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了軟式自主空中加油視覺導(dǎo)航半物理仿真系統(tǒng)。三維視景仿真計(jì)算機(jī)將虛擬攝像機(jī)獲得的視覺導(dǎo)航圖像投影至屏幕上,視覺伺服控制仿真計(jì)算機(jī)采用真實(shí)的攝像機(jī)對投影圖像進(jìn)行采集,并利用等效投影原理計(jì)算得到虛擬環(huán)境中受油機(jī)與錐套之間的相對位姿關(guān)系,從而控制受油機(jī)靠近錐套實(shí)現(xiàn)精確對接,完成半物理仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明了本文提出的無人機(jī)軟式自主空中加油視覺導(dǎo)航算法的有效性。
[Abstract]:Unmanned aerial vehicle (UAV) plays an increasingly important role in modern battlefield. In order to improve the operational effectiveness of UAV, autonomous aerial refueling technology has been widely studied in various countries. Visual navigation has high accuracy and high frequency. In this paper, the visual navigation technology of soft autonomous aerial refueling for UAV is studied deeply. Firstly, according to the characteristics of soft autonomous aerial refueling of UAV, the soft autonomous aerial refueling is designed. Oil vision navigation system. Including the use of visual navigation system, the composition of the visual navigation system, visual navigation system workflow. Secondly, a soft autonomous aerial refueling visual navigation algorithm based on the characteristics of auxiliary identification signs. The preprocessing and feature extraction algorithm of visual navigation image is designed, and the random Hough transform is used to detect the taper target. Based on Kalman filter, the target tracking algorithm with cone sleeve is designed, and the traditional orthogonal iterative algorithm is studied to estimate the position and pose of point features. And aiming at the problems of the algorithm, the improved algorithm is used to estimate the pose parameters. Thirdly. A soft autonomous aerial refueling visual navigation digital simulation system is designed, and the 3D simulation software Vega is used to simulate the aerial refueling scene. The soft autonomous aerial refueling visual navigation control system is designed with Simulink. Using MFC to combine Vega and Simulink to form a closed simulation loop. The experimental results verify the effectiveness of the soft autonomous aerial refueling visual navigation algorithm proposed in this paper. Finally. Based on the digital simulation system, a soft autonomous aerial refueling visual navigation semi-physical simulation system is designed. The 3D visual simulation computer projects the visual navigation image obtained by the virtual camera onto the screen. The visual servo control simulation computer uses the real camera to collect the projection image, and calculates the relative position and attitude relationship between the receiving engine and the cone sleeve in the virtual environment by using the equivalent projection principle. In order to realize accurate docking near the cone sleeve and complete the semi-physical simulation, the experimental results further prove the effectiveness of the visual navigation algorithm of soft autonomous aerial refueling proposed in this paper.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V279;TP391.41

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本文編號(hào)：1462378