本文選題：四旋翼無(wú)人機(jī) + 目標(biāo)跟蹤　； 參考：《東南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：四旋翼無(wú)人機(jī)是一種可垂直起降、定點(diǎn)懸停、性能優(yōu)良的無(wú)人飛行器,在軍事、工業(yè)及民用領(lǐng)域均具有重大的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。本文以四旋翼無(wú)人機(jī)地面目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)了圖像序列的目標(biāo)跟蹤算法和地面跟蹤控制站,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)跟蹤控制算法。首先,針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)跟蹤地面目標(biāo)的特殊要求,對(duì)機(jī)體設(shè)計(jì)、跟蹤算法設(shè)計(jì)和控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行了需求分析。在此基礎(chǔ)上,對(duì)機(jī)體和機(jī)載硬件系統(tǒng)分別進(jìn)行了設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了基于四旋翼無(wú)人機(jī)的跟蹤平臺(tái)。其次,對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)地面目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了分析和數(shù)學(xué)建模,主要包括四旋翼無(wú)人機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型、地面目標(biāo)模型和機(jī)載相機(jī)模型的建立,為控制器的設(shè)計(jì)和計(jì)算無(wú)人機(jī)與地面目標(biāo)間的相對(duì)距離奠定基礎(chǔ)。再次,針對(duì)機(jī)載相機(jī)所捕獲的含有目標(biāo)及其周?chē)h(huán)境的圖像序列,采用基于角點(diǎn)的雙向光流跟蹤器和卡爾曼濾波跟蹤器相結(jié)合的方式,設(shè)計(jì)了圖像序列的目標(biāo)跟蹤算法,在測(cè)試集上的運(yùn)行結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的目標(biāo)跟蹤算法具有良好的性能。隨后,基于反步法和比例-積分-微分控制設(shè)計(jì)了四旋翼無(wú)人機(jī)的跟蹤控制器,并通過(guò)坐標(biāo)變換得到無(wú)人機(jī)與目標(biāo)之間的相對(duì)距離,以此作為所設(shè)計(jì)的跟蹤控制器的參考輸入。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的跟蹤控制器性能良好。最后,基于MFC庫(kù)和OpenCV庫(kù)設(shè)計(jì)了地面跟蹤控制站,主要包括地面跟蹤控制站的界面設(shè)計(jì)、串口通信模塊設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)和視頻模塊設(shè)計(jì)。
[Abstract]:Four-rotor UAV is a kind of unmanned aerial vehicle which can take off and land vertically, hover at a fixed point and have excellent performance. It has great practical value and broad application prospect in military, industrial and civil fields.In this paper, the target tracking algorithm of image sequence and ground tracking control station are designed, and the UAV tracking control algorithm is designed based on the four rotor UAV ground target tracking system.Firstly, the requirements of airframe design, tracking algorithm design and controller design for four-rotor UAV tracking ground target are analyzed.On this basis, the airframe and the airborne hardware system are designed, and the tracking platform based on four-rotor UAV is realized.Secondly, the ground target tracking system of four-rotor UAV is analyzed and modeled, which includes the dynamic model, the ground target model and the airborne camera model of the four-rotor UAV.It lays a foundation for the design of controller and the calculation of the relative distance between UAV and ground target.Thirdly, aiming at the image sequence captured by airborne camera with target and its surrounding environment, the target tracking algorithm of image sequence is designed by combining the corner based bidirectional optical flow tracker and Kalman filter tracker.The running results on the test set show that the proposed target tracking algorithm has good performance.Then, a tracking controller for a four-rotor UAV is designed based on backstepping and proportional integral-differential control, and the relative distance between the UAV and the target is obtained by coordinate transformation, which is used as the reference input of the designed tracking controller.Simulation results show that the designed tracking controller has good performance.Finally, the ground tracking control station is designed based on MFC library and OpenCV library, including interface design of ground tracking control station, serial communication module, data display and storage module and video module design.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41;V279

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本文編號(hào)：1755140