近年來無人機(jī)的導(dǎo)航控制技術(shù)發(fā)展迅速,其中航向的精確控制尤為重要。目前大部分室內(nèi)無人機(jī)大多采用無線通信定位慣性導(dǎo)航及視覺導(dǎo)航等技術(shù),但視覺導(dǎo)航發(fā)展不成熟,不能夠廣泛適用;低空無人機(jī)的航向控制主要依靠慣性導(dǎo)航和GPS導(dǎo)航等技術(shù),對周圍環(huán)境依賴程度較高,容易被環(huán)境等因素干擾。為解決這一問題,本文根據(jù)低空飛行要求搭建了小型四旋翼無人機(jī)作為飛行平臺,運(yùn)用單目的CMOS圖像傳感器研究圖像導(dǎo)航的圖像處理算法,增強(qiáng)無人機(jī)的圖像識別,解決無人機(jī)在慣性傳感器受干擾的情況下自主導(dǎo)航。對無人機(jī)飛控的設(shè)計(jì)和圖像導(dǎo)航的圖像處理算法的主要研究內(nèi)容如下:首先,分析了幾種無人機(jī)常用的導(dǎo)航方法,指出了視覺導(dǎo)航在現(xiàn)代無人機(jī)航向上的作用及其控制航向的方式,采用多傳感器結(jié)合視覺導(dǎo)航的航向控制方法;并根據(jù)低空飛行環(huán)境的要求,組裝了“X”字的四旋翼小型無人機(jī),依據(jù)航向需要,采用CMOS圖像傳感器,結(jié)合陀螺儀和氣壓傳感器等組成的多傳感器航向控制系統(tǒng),以FPGA器件來實(shí)現(xiàn)實(shí)時性強(qiáng)的硬件處理系統(tǒng)。其次,對CMOS傳感器的圖像處理方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究。提出了優(yōu)化改進(jìn)的二值化處理方法,對采集到的圖像進(jìn)行灰度化、高斯濾波等處理,針對室內(nèi)及低空的四旋翼無人機(jī),采取的圖像處理方法要注意其閾值的取舍,提高了處理后的圖像清晰度和圖像處理速度。對適用于無人機(jī)上圖像導(dǎo)航所需處理的大量圖像有很好的效果。然后,對由FPGA器件處理的多傳感器進(jìn)行整體的程序?qū)崿F(xiàn),提高了實(shí)時圖像處理的速度,使得到的航向信息更加精準(zhǔn)穩(wěn)定而傳感器間相互配合,設(shè)定在慣性傳感器易受環(huán)境干擾的情況下采用圖像導(dǎo)航的方法來進(jìn)行導(dǎo)航。依靠前面處理好的圖像進(jìn)行特征匹配法得到兩個最優(yōu)特征點(diǎn),根據(jù)幀間質(zhì)心斜率差的方法得出其航向偏角從而對其進(jìn)行航向修正。最后,用四旋翼無人機(jī)進(jìn)行了基于FPGA器件的慣性傳感器導(dǎo)航飛行測量實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)圖像處理法航向測量仿真實(shí)驗(yàn),分析得出在基于FPGA器件進(jìn)行的慣性傳感器航向測量數(shù)據(jù)接近實(shí)際狀態(tài),航向角度測量較精確。經(jīng)改進(jìn)圖像處理法測出的航向角穩(wěn)定性好,精度較高,與慣性傳感器組合在一起達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?具有可行性。
【學(xué)位單位】：福建工程學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V279;V249.1
【部分圖文】：

基于ＦＰＧＡ器件的多傳感器無人機(jī)航向控制第一章緒論??人機(jī)彳ｆｄ制研冗背景??機(jī)ＵＡＶ?（Ｕｐｍａｎｎｅｄ?Ａｅｒｉａｌ?Ｖｅｈｉｃ丨ｅ）可稱為無人駕駛飛行器無線遙控或內(nèi)置的嵌入式程序控制完成各種預(yù)定任務(wù)�，F(xiàn)代低、體積小、對飛行環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，在近二十年獲得迅速自動化的應(yīng)用更是得到了質(zhì)的飛越。極大的靈活性使其在軍事具有廣泛的應(yīng)用Ｗ。近幾年的局部戰(zhàn)爭中，以情報(bào)收集、攻擊機(jī)發(fā)揮了巨大的作用，在今后的戰(zhàn)爭中，將會承擔(dān)更艱巨的任在加緊研制未來無人機(jī)。在民用方面，無人機(jī)空中靈巧的操控使控、電力巡檢、農(nóng)用噴藥等方面應(yīng)用非常廣泛。??

????—Ｊ??圖１－２圖像配準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)原理圖??１．３．１國外發(fā)展研究現(xiàn)狀??國外對無人機(jī)己進(jìn)行了較多的實(shí)驗(yàn)研宄，并且研宄起步早，其中較為著名的??研宄機(jī)構(gòu)、團(tuán)隊(duì)有美國麻省理工學(xué)院（ＭＩＴ）的ＡＣＬ?（Ａｅｒｏｓｐａｃｅ?Ｃｏｎｔｒｏｌｓ?Ｌａｂ）??實(shí)驗(yàn)室和ＲＲＧ?（Ｒｏｂｕｓｔ?Ｒｏｂｏｔｉｃｓ?Ｇｒｏｕｐ）團(tuán)隊(duì)［１８］，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院??（ＥＴＨ）以及日本千葉大學(xué)的Ｋｅｎｚｏ實(shí)驗(yàn)室等［１９１。而圖像導(dǎo)航方面，最著名的??就是美軍的“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈。它的導(dǎo)航系統(tǒng)就是景象與地形相匹配結(jié)合，得到??了很高的制導(dǎo)精度。萁在進(jìn)入目標(biāo)識別區(qū)域后，采用景象匹配技術(shù)，對航行線路??進(jìn)行修正，可使導(dǎo)彈精度達(dá)到幾米。??在微型飛行器的圖像導(dǎo)航方面，美國佛羅里達(dá)大學(xué)與美國海軍在此方面的研??宄進(jìn)展較大。他們采用微型飛行器機(jī)載的視頻圖像系統(tǒng)從采集到的地面圖像中提??取出飛行器的俯仰角和翻滾角等信息

宄進(jìn)展較大。他們采用微型飛行器機(jī)載的視頻圖像系統(tǒng)從采集到的地面圖像中提??取出飛行器的俯仰角和翻滾角等信息，結(jié)合ＧＰＳ進(jìn)行航向控制。??圖１－３佛羅里達(dá)大學(xué)微型飛行器??南加州大學(xué)研究的主要是無人機(jī)著陸時的圖像導(dǎo)航問題，他們選擇有特殊形??狀的著陸平臺，研究著陸過程中的圖像處理、狀態(tài)估計(jì)和控制等內(nèi)容。在實(shí)際著??陸中，將計(jì)算出的矩值與正確值相比較，劃定一個誤差范圍，若在范圍內(nèi)則認(rèn)為??目標(biāo)己識別，否則目標(biāo)錯誤。??４??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2876715