多旋翼無人機地面移動目標追蹤與軟著陸研究

發(fā)布時間：2020-10-13 20:41

　　隨著近兩年自動控制領域的發(fā)展,無人機系統(tǒng)以其廣闊的應用前景受到了人們的越來越多的關注,尤其在近幾年來,各種無人機企業(yè)如雨后春筍般地出現(xiàn)在大眾的視野中,這也進一步推進了無人機的發(fā)展。無論是在軍用領域還是在民用領域,無人機的智能化以及自主化都是無人機的主要發(fā)展方向。本文以多旋翼無人機作為對象,基于電子技術,圖像處理技術以及飛行器控制技術,圍繞多旋翼無人機地面移動目標追蹤以及軟著陸問題進行了研究,主要包括如下幾個方面:1.本文以四旋翼無人飛行器為研究對象,將大疆公司所生產的M100型四旋翼飛行器作為開發(fā)平臺。首先針對于無人機地面移動目標追蹤的問題,提出了一種多工作模式的解決方案,通過兩種工作模式的配合來滿足不同工況下的任務需求,并且從硬件和軟件兩個層面詳細地給出了系統(tǒng)的整體框架,然后對于四旋翼無人飛行器進行了建模分析,為后續(xù)章節(jié)的內容提供了理論基礎。2.針對于四旋翼無人飛行器大范圍目標跟蹤的問題,本文提出了基于電子標簽追蹤的方案,設計了電子標簽的結構。然后進一步研究了在這種工作模式下,M100無人飛行器的控制問題,并且在大疆公司所提供的硬件在環(huán)仿真環(huán)境以及戶外實際環(huán)境下分別對本文所提出的方案進行測試,各種實驗結果驗證了方案的有效性。3.針對于四旋翼無人飛行器視覺跟蹤問題,本文基于經(jīng)典的Cam-shift算法設計了一套視覺跟蹤系統(tǒng),其中包括了目標圖像坐標轉換以及系統(tǒng)的硬件軟件實現(xiàn)等內容。然后,針對于Cam-shift算法的不足,本文進一步研究了基于核相關濾波的目標追蹤算法(KCF算法)。實際跟蹤實驗結果證明了本文設計的無人機視覺跟蹤系統(tǒng)的有效性。4.針對于四旋翼無人飛行器軟著陸問題,本文首先解決了視覺系統(tǒng)采集的位置信息不準確噪聲大的問題,采用了一種基于曲線擬合濾波的方法來對原始數(shù)據(jù)進行預處理,另一方面,本文研究了基于合作目標的最優(yōu)著陸軌跡問題,推導了以著陸姿態(tài)角度為約束條件的最優(yōu)控制率。通過MATLAB仿真實驗以及實際實驗驗證了本文所提出的方法的有效性。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V279;V249
【部分圖文】：

跟蹤卡,無人機,控制技術,研究人員

1.2 國內外研究現(xiàn)狀1.2.1 多旋翼無人機追蹤技術的發(fā)展現(xiàn)狀隨著無人機的發(fā)展，無人機追蹤地面移動目標的技術，因為其在軍事領域以及反恐領域又或者民用領域的廣泛應用前景，漸漸成為研究領域的一個熱點問題。它可能涉及到圖像處理，機器視覺，飛行器空氣動力學，控制技術，電子技術以及機械結構技術等等多領域的技術，是一項綜合性比較強的研究方向[10-12]。1997 年，美國國防先進研究署（DARPA）開始實施視頻監(jiān)視和監(jiān)控項目[13]，目的是用于城市和戰(zhàn)場環(huán)境的監(jiān)視。項目內容主要包括：通過小型無人機搭載攝像機，然后對地面移動目標進行實時跟蹤和拍攝；另外，還包括多機協(xié)作拍攝任務等等，與此同時，世界上其他國家也開始了這方面的研究。1999 年，法國奧爾良大學電子信號與圖像實驗室和 CAC 系統(tǒng)公司合作研究基于視覺的目標跟蹤系統(tǒng)[14]，并且用 HELIOT 無人直升機跟蹤卡車進行了實驗，下圖是實驗的實拍跟蹤場景。

結構圖,開發(fā)者,視覺系統(tǒng),飛行器

第 2 章系統(tǒng)總體結構與建模第 2 章系統(tǒng)總體結構與建模對無人機目標跟蹤系統(tǒng)進行介紹，首先根據(jù)我們個系統(tǒng)的性能指標要求，基于這些指標要求，分統(tǒng)進行設計，給出了系統(tǒng)的詳細結構圖以及工模型進行了推導，為后續(xù)的研究打下基礎。 M100 開發(fā)者平臺作為研究對象，如圖 2.1 所示

旋翼飛行器,結構示意圖,電子標簽,工作模式