【摘要】：無人機(jī)自主著陸是無人機(jī)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一,目前著陸引導(dǎo)多采用慣性、GPS等傳統(tǒng)導(dǎo)航方法,使用環(huán)境受限,且易受干擾,而視覺可以提供更多環(huán)境信息,有利于提高無人機(jī)著陸安全性。本文針對視覺引導(dǎo)旋翼無人機(jī)在移動平臺上自主著陸問題展開研究。主要工作如下:首先,搭建了旋翼無人機(jī)自主著陸系統(tǒng)。選用四旋翼架構(gòu),采用STM32F427和FreeRTOS設(shè)計(jì)了飛行控制單元,搭載Jetson TX1嵌入式處理器和高清攝像頭作為機(jī)載視覺模塊。此外,針對視覺引導(dǎo)無人機(jī)著陸過程中單個(gè)攝像頭視野范圍有限的問題,設(shè)計(jì)了一種使用前視與下視攝像頭配合的檢測跟蹤方法,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了視覺引導(dǎo)策略。其次,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種干擾環(huán)境下無人機(jī)著陸典型標(biāo)志的檢測與跟蹤方法。分別對前視攝像頭和下視攝像頭設(shè)計(jì)不同的檢測跟蹤算法。對于前視攝像頭,采用TinyYOLOv3對移動平臺和引導(dǎo)標(biāo)志同時(shí)進(jìn)行檢測,利用其相對位置關(guān)系提高系統(tǒng)抗干擾能力,根據(jù)檢測結(jié)果使用跟蹤算法fDSST(fast Discriminative Scale Space Tracking)進(jìn)行位置濾波器初始化。對于下視攝像頭,采用基于顏色和形狀特征的方法對視覺引導(dǎo)標(biāo)志進(jìn)行檢測,并對著陸目標(biāo)點(diǎn)的空間位置進(jìn)行解算。構(gòu)建并標(biāo)注了航拍引導(dǎo)標(biāo)志視頻數(shù)據(jù)集對Tiny-YOLOv3模型進(jìn)行訓(xùn)練,并在室外干擾條件下進(jìn)行了測試。然后,設(shè)計(jì)了一種移動平臺自主著陸策略,根據(jù)該策略生成無人機(jī)飛行軌跡�？紤]到前視攝像頭與下視攝像頭檢測范圍的不同將著陸分為兩個(gè)階段,首先通過前視攝像頭引導(dǎo)無人機(jī)接近移動平臺;然后當(dāng)無人機(jī)距離移動平臺較近時(shí)采用下視攝像頭引導(dǎo)著陸;根據(jù)視覺引導(dǎo)提供的相對位置信息,并基于攝像頭視野范圍約束下實(shí)時(shí)預(yù)測無人機(jī)的飛行軌跡,通過飛控制單元保證無人機(jī)軌跡跟蹤的精度,從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在移動平臺上的自動著陸。最后,在機(jī)載Jetson TX1上進(jìn)行目標(biāo)檢測和跟蹤算法實(shí)現(xiàn),并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了干擾條件下目標(biāo)檢測和跟蹤算法的有效性。針對移動平臺自主陸策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,旋翼無人機(jī)能夠在移動平臺上實(shí)現(xiàn)自主著陸。
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V249

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8 呂迅z

本文編號：2719325