本文關(guān)鍵詞：小型多旋翼飛行器輔助避障技術(shù)研究

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

【摘要】：小型多旋翼飛行器近幾年來在消費(fèi)市場的推動(dòng)下得到迅速發(fā)展,無論是在軍事領(lǐng)域,還是在民用領(lǐng)域都發(fā)揮著越來越重要的作用。旋翼無人機(jī)能夠在環(huán)境危險(xiǎn)、地形復(fù)雜惡劣等極端條件下代替人類執(zhí)行任務(wù),最大限度的降低經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(nèi),進(jìn)行現(xiàn)場勘驗(yàn)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(xiǎn)極有可能爆炸的廠房內(nèi)探查人員情況等等。旋翼飛行器的飛行安全是任務(wù)順利完成的前提,也是現(xiàn)階段該領(lǐng)域亟待解決的重點(diǎn)問題之一。本文設(shè)計(jì)了一套以旋翼飛行器為載體,激光掃描儀和可見光相機(jī)或紅外相機(jī)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(nèi)發(fā)射激光脈沖,接收到的距離信息經(jīng)處理板打包轉(zhuǎn)發(fā)至地面站,地面站系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析并提取距離信息,并將距離信息轉(zhuǎn)換為形象的二維障礙物分布圖顯示在上位機(jī)上,同時(shí)無線圖傳設(shè)備將濾波增強(qiáng)后的可視圖像傳回至上位機(jī)實(shí)時(shí)更新顯示,旋翼飛行器操控手在上位機(jī)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(jìn)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(shè)計(jì)等;軟件部分主要指下位機(jī)系統(tǒng)圖像處理算法實(shí)現(xiàn)、上位機(jī)顯示界面設(shè)計(jì)以及激光二維地圖創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)。本文系統(tǒng)各模塊之間相互獨(dú)立,可移植性強(qiáng),易于在不同飛控系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在圖像處理板設(shè)計(jì)過程中預(yù)留了兩路圖像輸入接口,可同時(shí)連接可見光和紅外相機(jī),旋翼飛行器可晝夜執(zhí)行任務(wù),擴(kuò)大了使用范圍。二維地圖的創(chuàng)建結(jié)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(wù)的后續(xù)工作提供有效的支持。最后論文分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足,并給出了相關(guān)的解決方案和下一步的工作任務(wù)。
【關(guān)鍵詞】：旋翼飛行器 激光掃描儀 避障系統(tǒng) 紅外相機(jī) 二維地圖創(chuàng)建
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(nèi)警用旋翼機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 旋翼機(jī)避障技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)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(jié)23-24
• 3 輔助避障系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)24-42
• 3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)24-25
• 3.2 終端設(shè)備的選型25-31
• 3.2.1 無人機(jī)機(jī)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(jī)選型28
• 3.2.4 紅外設(shè)備選型28-29
• 3.2.5 無線傳輸設(shè)備選型29-31
• 3.3 圖像處理板電路設(shè)計(jì)31-37
• 3.3.1 硬件電路時(shí)鐘31-32
• 3.3.2 電路電源32
• 3.3.3 存儲(chǔ)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(shè)計(jì)37-40
• 3.4.1 軟件需求分析37
• 3.4.2 下位機(jī)設(shè)計(jì)37-40
• 3.4.3 上位機(jī)設(shè)計(jì)40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及試驗(yàn)驗(yàn)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(yù)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(qiáng)處理51-54
• 4.3 飛行試驗(yàn)驗(yàn)證54-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 5 總結(jié)與展望60-62
• 5.1 本文工作和創(chuàng)新點(diǎn)60-61
• 5.2 不足和展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果66

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本文編號(hào)：900458