【摘要】：四旋翼無(wú)人機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)性能良好、隱蔽性強(qiáng)和環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于軍用和民用領(lǐng)域。無(wú)人機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別與跟蹤是無(wú)人機(jī)眾多應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn),值得深入探索提高無(wú)人機(jī)跟蹤精度和魯棒性的方法。本文針對(duì)基于視覺(jué)的無(wú)人機(jī)跟蹤方法存在因相機(jī)運(yùn)動(dòng)造成圖像退化導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的錯(cuò)檢和漏檢問(wèn)題,提出了一種基于多速率擴(kuò)展卡爾曼濾波的相對(duì)位姿求解方法,融合了手機(jī)IMU(Inertial Measurement Unit,IMU)數(shù)據(jù)與無(wú)人機(jī)的IMU和圖像數(shù)據(jù),提高了無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)跟蹤的精度;同時(shí),為了解決無(wú)人機(jī)處理器資源有限的問(wèn)題,使用Intel NUC作為無(wú)人機(jī)處理器,搭建Linux系統(tǒng),并在其上部署ROS(Robot Operating System,ROS)系統(tǒng),最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明本文方法的有效性。本文的主要工作和成果如下:(1)針對(duì)基于圖像的無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)跟蹤方法精度有限的問(wèn)題,采用融合手機(jī)和無(wú)人機(jī)多傳感器參數(shù)的方法,提出了基于視覺(jué)和慣性傳感器的無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)跟蹤方法,通過(guò)APP發(fā)送運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的IMU數(shù)據(jù)至無(wú)人機(jī),結(jié)合無(wú)人機(jī)端的圖像和IMU數(shù)據(jù),通過(guò)多數(shù)據(jù)融合提高了無(wú)人機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的精度。(2)針對(duì)無(wú)人機(jī)相機(jī)圖像采集過(guò)程中,存在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)錯(cuò)誤提取或無(wú)匹配問(wèn)題,采用ORB特征描述子提取特征點(diǎn),提高特征點(diǎn)提取速度并減少系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo),并使用RANSAC(random sample consensus,RANSAC)算法剔除外點(diǎn),減少特征點(diǎn)的誤匹配。該方法能夠在保證準(zhǔn)確性的情況下減少處理器的開(kāi)銷(xiāo)。(3)針對(duì)IMU和圖像采樣速率不一的情況,提出了基于多速率擴(kuò)展卡爾曼濾波的相對(duì)位姿求解方法,在有測(cè)量信息的時(shí)刻進(jìn)行時(shí)間更新和測(cè)量更新,在測(cè)量信息缺失時(shí)只進(jìn)行時(shí)間更新。該方法能夠提高數(shù)據(jù)的更新率,減少了IMU信息的浪費(fèi),提高系統(tǒng)魯棒性。
【圖文】：

及意義nmannedAerial Vehicle，UAV）最早于 1917 年由英國(guó)研制人機(jī)是一種裝有動(dòng)力系統(tǒng)，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)設(shè)備或自帶程序機(jī)有很多種類(lèi)，按照技術(shù)角度來(lái)劃分可以分為固定翼無(wú)人等不同種類(lèi)。固定翼式無(wú)人機(jī)相對(duì)于旋翼式無(wú)人機(jī)有飛行強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但存在無(wú)法垂直升降、定點(diǎn)懸停和對(duì)起飛、降恰都能夠在旋翼式無(wú)人機(jī)上實(shí)現(xiàn)，這也使得旋翼式無(wú)人機(jī)[2]。而在旋翼式無(wú)人機(jī)類(lèi)別中，四旋翼（如圖 1-1 所示）又隱蔽性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)[3]，，特別是相比于相近載能力、抗干擾能力以及更易于操控，逐漸成為旋翼式無(wú)

圖 2-3 歐拉角拉角關(guān)系）是在乘以向量時(shí)可以改變向量的方的矢量轉(zhuǎn)換至其他坐標(biāo)系。旋轉(zhuǎn)矩陣是的一組正交基，其逆矩陣等于其轉(zhuǎn)置矩三維空間。 ~ 。在三維坐標(biāo)系繞其 X 軸旋轉(zhuǎn)到新坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)，并使用式（2-1）坐標(biāo)系的坐標(biāo)：1 0 0( ) 0 cos sin0 sin cosxR
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP212;V279

【參考文獻(xiàn)】

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1 王龍;董新民;賈海燕;;無(wú)人機(jī)空中加油相對(duì)位姿解耦迭代確定算法[J];應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

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本文編號(hào)：2649748