微型無人機(jī)一般指尺寸在10cm以下的超小體積無人機(jī),其載荷能力有限,無法攜帶高性能傳感器及機(jī)載計(jì)算機(jī),因而在執(zhí)行室內(nèi)自主飛行任務(wù)方面存在困難。為此本文在導(dǎo)航、識(shí)別和控制方面提出了一種在微型無人機(jī)上裝配單目相機(jī)及激光傳感器,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)目標(biāo)人物搜索及迫近的方案。為在含有多房間的室內(nèi)環(huán)境中完成對(duì)目標(biāo)人物的搜索任務(wù),首先在本地基于激光測距實(shí)現(xiàn)了微型無人機(jī)的“沿邊”路徑規(guī)劃,并通過在偏航角上引入自抗擾控制技術(shù)抑制了激光數(shù)據(jù)噪聲導(dǎo)致的機(jī)身震顫,實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)主要區(qū)域的遍歷式探索。為改善激光沿邊飛行在部分地形上通過性差、搜索路徑冗余的問題,本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種基于地面站輔助云計(jì)算的單目視覺導(dǎo)航算法。該算法通過全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)視覺傳感器捕捉的前視畫面進(jìn)行圖像深度恢復(fù),再根據(jù)深度閾值圖和圖像梯度計(jì)算對(duì)深度恢復(fù)圖進(jìn)行分析完成路徑規(guī)劃,從而在激光無法正常工作時(shí)提供云端導(dǎo)航信息并在延邊飛行的過程中實(shí)時(shí)優(yōu)化冗余的搜索路徑。在迫近方案上,本文首先設(shè)計(jì)了一種聯(lián)合圖像檢測和跟蹤的目標(biāo)識(shí)別方案。在目標(biāo)檢測算法方面,通過對(duì)現(xiàn)有YOLOv3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)集處理、參數(shù)剪枝優(yōu)化等方式在不過多影響識(shí)別準(zhǔn)確率的前提下降低了算法的計(jì)算... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

美軍現(xiàn)役反恐無人機(jī)目前無人機(jī)體積龐大導(dǎo)致的隱蔽性差的問題使得無人機(jī)在跟蹤、監(jiān)視等作

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-圖1-2“殺人蜂”概念微型無人機(jī)1.2.2無人機(jī)室內(nèi)導(dǎo)航研究現(xiàn)狀目前在大中型無人機(jī)上應(yīng)用較為廣泛的室內(nèi)導(dǎo)航避障方法通�；诩磿r(shí)定位與地圖構(gòu)建(simultaneouslocalizationandmapping，SLAM)。該技術(shù)主要分為前端、后端兩部分，前端負(fù)責(zé)提取圖像特征并進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)(包括特征跟蹤和閉環(huán)檢測)，進(jìn)而估計(jì)相鄰幀間的相機(jī)運(yùn)動(dòng)以及局部地圖；后端負(fù)責(zé)對(duì)前端生成的信息進(jìn)行優(yōu)化，以建立具有一致性的全局地圖，消除在前端運(yùn)行過程中產(chǎn)生的累計(jì)誤差。其結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示。圖1-3SLAM算法原理該算法工作的原理是通過解算運(yùn)動(dòng)和觀測方程,=(+)+,來獲得未知環(huán)境中的無人機(jī)的位置信息與地形信息。以采集觀測數(shù)據(jù)過程所使用的傳感器類型來區(qū)分，SLAM的實(shí)現(xiàn)途徑可以分為兩大類。第一類方法，基于激光雷達(dá)、深度攝像頭等高精度傳感器建立精確地圖[8-10]。在該類方法中，算法通過激光束獲取包含了位置、方向和長度參數(shù)的直線特征，以及產(chǎn)生曲率或者法向量突變的點(diǎn)特征，然后使用最近鄰算法、聯(lián)合相a)識(shí)別b)打擊

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-9-第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與底層控制2.1引言微型無人機(jī)由于難以搭載算力較高的計(jì)算設(shè)備完成圖像處理等復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，因而需要地面站通過云端輔助的方式提供支持。本課題主要研究通過結(jié)合微型無人機(jī)本地處理單點(diǎn)式激光傳感器數(shù)據(jù)生成的導(dǎo)航、控制信息與地面站由圖傳回的單目視覺圖像生成的云端導(dǎo)航、控制信息，完成微型無人機(jī)對(duì)目標(biāo)搜索及迫近任務(wù)的方案。本章主要研究整套實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)、硬件設(shè)備的選用及底層控制器設(shè)計(jì)工作。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)的微型無人機(jī)目標(biāo)識(shí)別與迫近系統(tǒng)包含地面站(云端)與無人機(jī)(本地端)兩部分。其中本地端主要包含微型無人機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)、傳感器以及用于處理對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的飛控任務(wù)的底層計(jì)算設(shè)備，而云端地面站則為用以完成計(jì)算量較大的圖像處理任務(wù)的高性能計(jì)算機(jī)。圖2-1微型無人機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在任務(wù)執(zhí)行過程中，微型無人機(jī)上的圖傳計(jì)算芯片將采集的傳感器信息壓縮編碼并進(jìn)行上傳。地面端接受飛行器傳回的圖像并解碼，再由相應(yīng)的導(dǎo)航、迫近處理算法處理得到相應(yīng)的信息。最后，生成的控制指令通過數(shù)傳鏈路反饋給微型無人機(jī)，無人機(jī)收到指令后將其作為底層的期望輸入完成對(duì)控制指令的執(zhí)行。根據(jù)任務(wù)性能要求，設(shè)計(jì)無人機(jī)室內(nèi)目標(biāo)搜索及控制系統(tǒng)如圖2-2所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]使用無人機(jī)跨國定點(diǎn)清除恐怖分子的主要國際法問題[D]. 劉長利.湘潭大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3020850