隨著旋翼無人機應(yīng)用范圍的增大,市場對無人機自主飛行能力的要求也進一步提高。本文以四旋翼無人機為實驗平臺,以提高無人機自主飛行能力為目標,圍繞視覺導引跟蹤與自主著降,設(shè)計了一套基于視覺的四旋翼無人機目標跟蹤及自主著降控制系統(tǒng)。首先,研究分析四旋翼無人機的數(shù)學模型、飛行原理及控制系統(tǒng),確定視覺導引控制器的設(shè)計思路;在明確系統(tǒng)的功能及非功能需求的基礎(chǔ)上,設(shè)計控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),并以模塊化的思想完成了系統(tǒng)硬件平臺各模塊的設(shè)計與選型。其次,結(jié)合目標標志的特征信息,重點研究了基于特定目標的自主識別策略與視覺跟蹤算法;針對視覺跟蹤算法在相似顏色干擾及目標被遮擋的情況下,不能穩(wěn)定地提供準確的視覺導引信號的問題,提出了相應(yīng)的優(yōu)化方法;在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上進行軟件實現(xiàn),完成了目標特征標志自主識別與跟蹤的軟件開發(fā),并在實際環(huán)境下完成了軟件功能的測試。然后,設(shè)計了視覺導航模塊與四旋翼無人機之間的通訊軟件;在建立系統(tǒng)通訊的基礎(chǔ)上,提出了視覺導引信號的解算方法及無人機自主著降策略;研究飛控程序,并完成了無人機視覺跟蹤飛行模式及自主著降模式的軟件設(shè)計;為進一步提高無人機自主飛行的能力,在視覺跟蹤飛行模式中加入了一鍵式起... 

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
注釋表
縮略詞
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究內(nèi)容
第二章 四旋翼無人機視覺導航與著降系統(tǒng)總體設(shè)計與硬件選型
    2.1 四旋翼無人機模型分析及控制系統(tǒng)設(shè)計
        2.1.1 四旋翼無人機模型分析
        2.1.2 四旋翼無人機飛行原理與控制系統(tǒng)設(shè)計
    2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及硬件選型
        2.2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
        2.2.2 飛行控制器硬件選型
        2.2.3 視覺導航模塊硬件選型
        2.2.4 無線通信模塊及測距模塊硬件選型
        2.2.5 執(zhí)行機構(gòu)硬件選型及電源設(shè)計
    2.3 本章小結(jié)
第三章 基于視覺的特定目標自主識別及跟蹤算法的研究與實現(xiàn)
    3.1 目標特征標志自主識別軟件設(shè)計
        3.1.1 攝像機成像模型
        3.1.2 圖像畸變校正
        3.1.3 圖像預處理
        3.1.4 閾值化
        3.1.5 形態(tài)學處理
        3.1.6 輪廓的檢測與篩選
    3.2 基于特定目標的視覺跟蹤算法研究與實現(xiàn)
        3.2.1 視覺跟蹤算法基本原理
        3.2.2 視覺跟蹤算法的優(yōu)化策略
    3.3 本章小結(jié)
第四章 四旋翼無人機視覺導引及自主著降策略設(shè)計與實現(xiàn)
    4.1 視覺導航模塊與飛行控制器通訊軟件設(shè)計
    4.2 四旋翼無人機視覺導引策略的設(shè)計與實現(xiàn)
        4.2.1 視覺導引信號的解算
        4.2.2 四旋翼無人機視覺導引控制器設(shè)計與軟件實現(xiàn)
    4.3 四旋翼無人機自主著降策略的設(shè)計與實現(xiàn)
        4.3.1 自主著降策略設(shè)計
        4.3.2 自主著降模式軟件實現(xiàn)
    4.4 自主起飛功能軟件設(shè)計與基本飛行模式介紹
        4.4.1 自主起飛功能程序設(shè)計
        4.4.2 基本飛行模式介紹
    4.5 本章小結(jié)
第五章 四旋翼無人機目標跟蹤與自主著降飛行驗證及分析
    5.1 四旋翼無人機視覺跟蹤飛行實驗及分析
        5.1.1 一鍵式起飛功能實驗及分析
        5.1.2 運動目標跟蹤飛行實驗及分析
    5.2 四旋翼無人機自主著降飛行實驗及分析
        5.2.1 在靜態(tài)目標物上自主著降實驗及分析
        5.2.2 在運動目標物上自主著降實驗及分析
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本文工作總結(jié)
    6.2 后續(xù)研究展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]復雜背景及遮擋條件下的運動目標跟蹤[J]. 許曉航,肖剛,云霄,謝金華.  光電工程. 2013(01)
[2]Hu不變矩的構(gòu)造與推廣[J]. 張偉,何金國.  計算機應(yīng)用. 2010(09)
[3]CCD圖像傳感器原理[J]. 周紅平.  中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2009(20)
[4]一種有選擇的圖像灰度化方法[J]. 周金和,彭福堂.  計算機工程. 2006(20)
[5]提取二維圖像特征點閾值的自動確定[J]. 管業(yè)鵬,顧偉康.  控制理論與應(yīng)用. 2005(03)
[6]基于雙圓特征的無人機著陸位置姿態(tài)視覺測量方法[J]. 張廣軍,周富強.  航空學報. 2005(03)
[7]攝像機鏡頭非線性畸變校正方法綜述[J]. 楊必武,郭曉松.  中國圖象圖形學報. 2005(03)
[8]國外衛(wèi)星導航定位技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 石衛(wèi)平.  航天控制. 2004(04)
[9]基于目標特征的圖像預處理技術(shù)[J]. 汪哲慎,李翠華.  廈門大學學報(自然科學版). 2004(04)
[10]圖像閾值選取方法——Otsu方法的推廣[J]. 付忠良.  計算機應(yīng)用. 2000(05)

博士論文
[1]基于視覺的微小型無人直升機位姿估計與目標跟蹤研究[D]. 徐偉杰.浙江大學 2012
[2]基于數(shù)學形態(tài)學的醫(yī)學圖像處理理論與方法研究[D]. 趙于前.中南大學 2006

碩士論文
[1]基于視覺的四旋翼無人機在特定平臺上著陸系統(tǒng)研究[D]. 羅哲.湖南工業(yè)大學 2015
[2]基于視覺導航小型無人機自主著陸控制策略研究與應(yīng)用[D]. 劉剛.南京航空航天大學 2014
[3]基于數(shù)學形態(tài)學全局圖像處理的室內(nèi)導航系統(tǒng)路徑規(guī)劃[D]. 王劍.燕山大學 2013
[4]圖像畸變校正系統(tǒng)及其工程應(yīng)用[D]. 劉賓武.鄭州大學 2013
[5]無人駕駛直升飛機自主著艦視覺導引關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 郭通情.電子科技大學 2013
[6]四旋翼無人直升機先進飛行控制方法及實現(xiàn)研究[D]. 陳琦.南京航空航天大學 2013
[7]基于視覺的無人直升機著落導航技術(shù)研究[D]. 陳麗娟.南京航空航天大學 2013
[8]基于視覺的無人直升機地標跟蹤及著陸研究[D]. 余程.哈爾濱工程大學 2013
[9]基于OpenCV的廣角鏡頭畸變校正及圖像拼接算法研究[D]. 李美靜.長春工業(yè)大學 2012
[10]廣角攝像頭視頻圖像實時校正系統(tǒng)設(shè)計[D]. 湯旭濤.華東師范大學 2010



本文編號：3663628