隨著MEMS和嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展,小型四軸飛行器在專業(yè)航拍、植保等領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛使用。近些年來,伴隨著人工智能和自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展,各種AI芯片的相繼推出,促進(jìn)了小型四軸飛行器自動(dòng)駕駛、目標(biāo)跟蹤技術(shù)飛速發(fā)展,使得四軸飛行器小型化、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)變得更加突出。針對(duì)傳統(tǒng)安防和個(gè)人攝影攝像領(lǐng)域設(shè)備功能單一、操作復(fù)雜、靈活性較差的缺點(diǎn),一款具有跟蹤功能的四軸飛行器系統(tǒng)可以很好的彌補(bǔ)傳統(tǒng)安防和個(gè)人攝影攝像領(lǐng)域現(xiàn)有設(shè)備的缺點(diǎn)和不足。根據(jù)目前安防領(lǐng)域和攝影攝像領(lǐng)域的市場需求,將四軸飛行器跟蹤系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計(jì)分為三個(gè)單元,分別完成四軸飛行器飛行姿態(tài)的控制、目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤引導(dǎo)、遙控管理的功能。對(duì)于系統(tǒng)一般設(shè)備采用基于STM32系列MCU進(jìn)行硬件設(shè)計(jì),對(duì)于需要硬件設(shè)備性能較高的目標(biāo)跟蹤單元,通過搭建基于RK3399的嵌入式平臺(tái)和Ubuntu系統(tǒng)的移植,滿足系統(tǒng)運(yùn)行高性能圖像算法的需求。通過對(duì)四軸飛行器的飛行原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,完成對(duì)四軸飛行器數(shù)學(xué)模型的建立,并根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需求,在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中加入四元數(shù)微分方程和PID控制算法,完成對(duì)飛行器的姿態(tài)解算和精確控制需求,在MATLAB環(huán)境下對(duì)飛行器整體...

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 四軸飛行器控制算法的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 目標(biāo)跟蹤算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 四軸飛行器跟蹤系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 系統(tǒng)的性能指標(biāo)
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
    2.1 系統(tǒng)硬件的總體方案設(shè)計(jì)
    2.2 四軸飛行器控制單元的硬件設(shè)計(jì)
        2.2.1 主控芯片的選取
        2.2.2 飛行控制單元的主控模塊硬件設(shè)計(jì)
        2.2.3 飛行控制單元的電源模塊硬件設(shè)計(jì)
        2.2.4 飛行姿態(tài)獲取模塊的硬件設(shè)計(jì)
        2.2.5 室外飛行器定點(diǎn)定高模塊的硬件設(shè)計(jì)
        2.2.6 室內(nèi)定點(diǎn)定高模塊的硬件設(shè)計(jì)
        2.2.7 其他輔助功能模塊電路設(shè)計(jì)
    2.3 遙控管理單元的硬件設(shè)計(jì)
        2.3.1 遙控管理單元主控模塊的硬件設(shè)計(jì)
        2.3.2 遙控管理單元電源電路的硬件設(shè)計(jì)
        2.3.3 SRAM和 LCD接口電路的硬件設(shè)計(jì)
        2.3.4 遙控按鍵電路模塊設(shè)計(jì)
        2.3.5 無線通信模塊的硬件設(shè)計(jì)
        2.3.6 有線通訊模塊的硬件設(shè)計(jì)
    2.4 目標(biāo)跟蹤單元的硬件設(shè)計(jì)
        2.4.1 系統(tǒng)主控芯片的選擇
        2.4.2 系統(tǒng)時(shí)鐘與復(fù)位電路設(shè)計(jì)
        2.4.3 DDR3控制模塊電路設(shè)計(jì)
        2.4.4 eMMC控制模塊電路設(shè)計(jì)
        2.4.5 芯片CPU部分的電源電路的硬件設(shè)計(jì)
        2.4.6 CAMERA接口電路的硬件設(shè)計(jì)
        2.4.7 Wifi模塊電路的硬件設(shè)計(jì)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 四軸飛行器控制算法研究
    3.1 四軸飛行器數(shù)學(xué)模型的建立
        3.1.1 飛行器線運(yùn)動(dòng)模型
        3.1.2 飛行器的角運(yùn)動(dòng)模型
        3.1.3 模型的簡化改進(jìn)
    3.2 四軸飛行器傳感器姿態(tài)解算算法
        3.2.1 飛行器姿態(tài)解算算法介紹
        3.2.2 四元數(shù)與姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣的關(guān)系
        3.2.3 姿態(tài)角解算算法
        3.2.4 角速度方向誤差糾正
    3.3 四軸飛行器PID控制算法設(shè)計(jì)
    3.4 四軸飛行器模型及控制算法MATLAB仿真
    3.5 本章小節(jié)
第4章 Mean Shift目標(biāo)跟蹤算法研究
    4.1 Mean Shift算法原理與實(shí)現(xiàn)
        4.1.1 Mean Shift算法基本原理
        4.1.2 Mean Shift算法核密度估計(jì)函數(shù)
        4.1.3 Mean Shift算法核窗寬定義
    4.2 Mean Shift算法設(shè)計(jì)與仿真
        4.2.1 Mean Shift算法設(shè)計(jì)
        4.2.2 目標(biāo)區(qū)域模型建立
        4.2.3 待測區(qū)域模型的建立
        4.2.4 Mean Shift算法仿真
    4.3 Meanshift算法的局限性與初步改進(jìn)
    4.4 Mean Shift算法的特征檢測融合算法改進(jìn)
        4.4.1 SURF特征檢測算法原理
        4.4.2 SURF算法更改Mean Shift算法核窗寬度
    4.5 跟蹤算法與四軸飛行器運(yùn)動(dòng)的結(jié)合
    4.6 本章小結(jié)
第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與性能測試
    5.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)描述
    5.2 飛行控制單元的軟件設(shè)計(jì)
        5.2.1 飛行控制單元算法運(yùn)行環(huán)境搭建
        5.2.2 飛行控制單元算法的軟件設(shè)計(jì)
        5.2.3 飛行控制系統(tǒng)軟件執(zhí)行流程
    5.3 目標(biāo)跟蹤單元的軟件設(shè)計(jì)
        5.3.1 嵌入式Ubuntu系統(tǒng)移植
        5.3.2 OpenCV在嵌入式Ubuntu中移植
        5.3.3 目標(biāo)跟蹤算法模塊軟件執(zhí)行過程
    5.4 飛行器遙控管理單元的軟件設(shè)計(jì)
    5.5 系統(tǒng)的性能測試
        5.5.1 四軸飛行器控制單元穩(wěn)定性測試
        5.5.2 四軸飛行器跟蹤系統(tǒng)的測試
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間成果
致謝



本文編號(hào)：3859891