本文關鍵詞：小型多旋翼飛行器輔助避障技術研究

  更多相關文章： 旋翼飛行器 激光掃描儀 避障系統(tǒng) 紅外相機 二維地圖創(chuàng)建

【摘要】：小型多旋翼飛行器近幾年來在消費市場的推動下得到迅速發(fā)展,無論是在軍事領域,還是在民用領域都發(fā)揮著越來越重要的作用。旋翼無人機能夠在環(huán)境危險、地形復雜惡劣等極端條件下代替人類執(zhí)行任務,最大限度的降低經(jīng)濟成本和減小安全事故發(fā)生的概率。本文系統(tǒng)主要針對公安消防類應用需求,例如如何使旋翼飛行器從室外安全飛入高樓大廈的室內,進行現(xiàn)場勘驗和證據(jù)采集,或者在夜晚城市街道或小巷定位追蹤犯罪嫌疑人,又或者如何在充滿危險極有可能爆炸的廠房內探查人員情況等等。旋翼飛行器的飛行安全是任務順利完成的前提,也是現(xiàn)階段該領域亟待解決的重點問題之一。本文設計了一套以旋翼飛行器為載體,激光掃描儀和可見光相機或紅外相機為有效載荷的輔助避障系統(tǒng)。系統(tǒng)工作流程為:激光掃描儀以每秒30幀的速率周期性的在半圓范圍內發(fā)射激光脈沖,接收到的距離信息經(jīng)處理板打包轉發(fā)至地面站,地面站系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)包進行解析并提取距離信息,并將距離信息轉換為形象的二維障礙物分布圖顯示在上位機上,同時無線圖傳設備將濾波增強后的可視圖像傳回至上位機實時更新顯示,旋翼飛行器操控手在上位機軟件界面上顯示的二維障礙物分布圖以及視頻圖像的輔助下進行超視距安全控制。系統(tǒng)工作分為硬件部分和軟件部分,硬件部分主要指系統(tǒng)框架的搭建、圖像電路板的設計等;軟件部分主要指下位機系統(tǒng)圖像處理算法實現(xiàn)、上位機顯示界面設計以及激光二維地圖創(chuàng)建實現(xiàn)。本文系統(tǒng)各模塊之間相互獨立,可移植性強,易于在不同飛控系統(tǒng)內實現(xiàn)。在圖像處理板設計過程中預留了兩路圖像輸入接口,可同時連接可見光和紅外相機,旋翼飛行器可晝夜執(zhí)行任務,擴大了使用范圍。二維地圖的創(chuàng)建結果直觀的反映了環(huán)境地圖的平面效果,可為公安消防類任務的后續(xù)工作提供有效的支持。最后論文分析了系統(tǒng)設計中的不足,并給出了相關的解決方案和下一步的工作任務。
【關鍵詞】：旋翼飛行器 激光掃描儀 避障系統(tǒng) 紅外相機 二維地圖創(chuàng)建
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海技術物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 國內警用旋翼機發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 旋翼機避障技術的發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.4 論文的主要工作和章節(jié)安排14-16
• 2 系統(tǒng)基本原理及關鍵技術16-24
• 2.1 多旋翼飛行器及飛控16-18
• 2.1.1 旋翼飛行器工作原理16-17
• 2.1.2 飛行控制系統(tǒng)17-18
• 2.2 無線傳輸通訊系統(tǒng)18-19
• 2.3 避障測距傳感器原理及比較19-22
• 2.3.1 超聲波測距原理19-20
• 2.3.2 激光紅外測距原理20-21
• 2.3.3 毫米波測距原理21-22
• 2.3.4 各種測距方法比較22
• 2.4 成像傳感器22-23
• 2.5 本章小結23-24
• 3 輔助避障系統(tǒng)方案設計24-42
• 3.1 系統(tǒng)總體設計24-25
• 3.2 終端設備的選型25-31
• 3.2.1 無人機機型選擇25-26
• 3.2.2 激光掃描儀選型26-28
• 3.2.3 可見光相機選型28
• 3.2.4 紅外設備選型28-29
• 3.2.5 無線傳輸設備選型29-31
• 3.3 圖像處理板電路設計31-37
• 3.3.1 硬件電路時鐘31-32
• 3.3.2 電路電源32
• 3.3.3 存儲空間配置32-33
• 3.3.4 I~2C接口電路33
• 3.3.5 視頻捕捉電路33-35
• 3.3.6 RS232接口和通用輸入輸出接口GPIO35-36
• 3.3.7 視頻輸出電路36-37
• 3.4 系統(tǒng)軟件設計37-40
• 3.4.1 軟件需求分析37
• 3.4.2 下位機設計37-40
• 3.4.3 上位機設計40
• 3.5 本章小結40-42
• 4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及試驗驗證42-60
• 4.1 激光數(shù)據(jù)處理42-50
• 4.1.1 激光數(shù)據(jù)預處理42-43
• 4.1.2 激光數(shù)據(jù)特征提取43-47
• 4.1.3 激光數(shù)據(jù)的特征匹配47-49
• 4.1.4 地圖創(chuàng)建49-50
• 4.2 紅外圖像處理50-54
• 4.2.1 飛行狀態(tài)下環(huán)境噪聲分析50-51
• 4.2.2 圖像增強處理51-54
• 4.3 飛行試驗驗證54-58
• 4.4 本章小結58-60
• 5 總結與展望60-62
• 5.1 本文工作和創(chuàng)新點60-61
• 5.2 不足和展望61-62
• 參考文獻62-66
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果66

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本文編號：900458