【摘要】：作為無人機監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,對動目標的識別與跟蹤技術(shù)是通過視覺手段獲取動目標圖像,并設計算法對動目標進行實時識別與跟蹤,估算動目標的位置、運動軌跡等信息,可作為無人機執(zhí)行飛行決策的重要依據(jù)。本文在空中機器人大賽實現(xiàn)目標跟蹤的基礎上,設計了一套四旋翼無人機動目標跟蹤控制系統(tǒng),旨在優(yōu)化姿態(tài)估計算法和圖像處理算法,降低系統(tǒng)運算時間,提高目標跟蹤的實時性。首先,為搭建四旋翼無人機目標跟蹤硬件系統(tǒng),規(guī)劃了硬件系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu),并對硬件系統(tǒng)提出了需求。在此基礎上,將硬件系統(tǒng)分為飛行控制系統(tǒng)和視覺跟蹤系統(tǒng),并完成了硬件模塊設計與選型。其次,研究了目標跟蹤算法與軟件設計。重點闡述了基于核相關(guān)濾波的目標跟蹤算法,該算法利用循環(huán)矩陣求解嶺回歸問題,將傅里葉對角化引入嶺回歸求解過程,大大提高了計算效率。同時,在線性回歸的基礎上引入核函數(shù),提高了分類器的性能。另外,對于目標框尺度固定問題,運用一維尺度濾波器自適應估計目標尺度的變化,有效地提高了目標識別的準確度。軟件系統(tǒng)采用了一種將相對位置誤差作為航跡回路輸入的PID控制律結(jié)構(gòu)。然后,為實現(xiàn)四旋翼無人機的穩(wěn)定跟蹤控制,本文基于梯度下降法,設計了一種高精確度、高運算效率的快速姿態(tài)估計算法。該算法采用四元數(shù)描述,通過算法融合處理陀螺儀、加速度計、磁力計的數(shù)據(jù),實現(xiàn)姿態(tài)角的精確估計,并通過試驗驗證了該算法的可靠性。最后,對目標跟蹤算法進行性能評估與飛行功能驗證。整合軟硬件設計,開展了全系統(tǒng)的上電功能性檢測與飛行環(huán)境測試。分析了靜態(tài)和動態(tài)兩種跟蹤試驗數(shù)據(jù),結(jié)果表明,本文設計的四旋翼無人機目標跟蹤控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定飛行能力,可實現(xiàn)對動目標的高精度實時跟蹤。
【圖文】：

（a）“捕食者”無人機 （b）“翼龍”無人機圖 1.1 固定翼無人機（a）“火力偵察兵”無人機 （b）大疆“悟”系列無人機圖 1.2 旋翼無人機1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀分析1.2.1 旋翼無人機研究現(xiàn)狀

（a）“火力偵察兵”無人機 （b）大疆“悟”系列無人機圖 1.2 旋翼無人機1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀分析1.2.1 旋翼無人機研究現(xiàn)狀旋翼無人機已經(jīng)有 110 年的發(fā)展歷史[5]。第一架旋翼直升機在法國于 1907 年完成了試飛盡管此次飛行高度只有 1.5 米，卻拉開了旋翼無人機在人類技術(shù)發(fā)展中的序幕[6-7]。1920 年E.Oemichen 設計了多旋翼無人機，雖然第一次試飛失敗，，但經(jīng)過重新設計后，于 1923 年實圖 1.3 第一架旋翼直升機 圖 1.4 Oemichen No.2
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2680236