發(fā)布時(shí)間：2021-10-17 02:16

　　近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會(huì)需求持續(xù)增長,小型多旋翼無人機(jī)產(chǎn)業(yè)得以蓬勃發(fā)展。在與無人機(jī)相關(guān)的諸多課題中,目標(biāo)跟蹤作為諸多無人機(jī)應(yīng)用中的一項(xiàng)子任務(wù),一直受到國內(nèi)外學(xué)者們的廣泛關(guān)注。在執(zhí)行任務(wù)過程中,通常利用無人機(jī)搭載的云臺(tái)相機(jī)采集環(huán)境畫面,從中識(shí)別出被跟蹤目標(biāo),進(jìn)而開展跟蹤。然在在面對(duì)非合作目標(biāo)時(shí),目標(biāo)可能從相機(jī)視野中暫時(shí)丟失,跟蹤任務(wù)也往往因此而失敗。為解決這一問題,本文利用多臺(tái)無人機(jī)以協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的方式來降低目標(biāo)丟失概率,保障任務(wù)的正常進(jìn)行,具體研究內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面:1)首先,根據(jù)任務(wù)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能架構(gòu),將整體任務(wù)分為單無人機(jī)地面移動(dòng)目標(biāo)定位、多無人機(jī)目標(biāo)狀態(tài)融合估計(jì)和多無人機(jī)協(xié)同控制三個(gè)子任務(wù)。然后,為了便于課題研究和系統(tǒng)驗(yàn)證,基于經(jīng)緯M100無人機(jī)搭建了軟硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。2)采用基于視覺的方法,利用單臺(tái)無人機(jī)對(duì)地面移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行初步定位。首先,考慮到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可實(shí)現(xiàn)性,采用TLD算法作為視覺目標(biāo)跟蹤算法,并加入了機(jī)間目標(biāo)特征信息共享策略以實(shí)現(xiàn)跟蹤任務(wù)自動(dòng)初始化功能。然后根據(jù)目標(biāo)像素坐標(biāo),結(jié)合無人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)解算,得到目標(biāo)定位坐標(biāo)。最后采集實(shí)際戶外數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

消費(fèi)級(jí)無人機(jī)“精靈4”

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文2在無人機(jī)的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，許多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)都以目標(biāo)跟蹤為基矗例如，在警用領(lǐng)域，當(dāng)發(fā)生暴力突發(fā)事件時(shí)，需要對(duì)逃跑犯罪人員展開跟蹤、包圍和逮捕。此時(shí)可以利用無人機(jī)對(duì)犯罪人員展開跟蹤，甚至攜帶輕型武器協(xié)助公安機(jī)關(guān)完成抓捕任務(wù)[1]。多旋翼無人機(jī)上搭載了相應(yīng)的傳感器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自主飛行控制系統(tǒng)等，擁有一定的計(jì)算資源，使其自主完成目標(biāo)跟蹤任務(wù)成為了可能。圖1.2行業(yè)應(yīng)用無人機(jī)利用多旋翼無人機(jī)跟蹤地面移動(dòng)目標(biāo)需要解決兩方面問題。一是利用機(jī)載傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位；二是控制無人機(jī)對(duì)目標(biāo)展開跟蹤，使傳感器可以持續(xù)觀測到目標(biāo)。目前，利用無人機(jī)定位地面非合作移動(dòng)目標(biāo)的有效途徑是采用基于視覺的方法，該方法對(duì)各種類型的目標(biāo)具有普遍性。無人機(jī)需要搭載云臺(tái)相機(jī)采集環(huán)境畫面，然后通過人工選定的方法識(shí)別待跟蹤目標(biāo)，再對(duì)圖像序列中的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，得到目標(biāo)在圖像中的位置，進(jìn)而通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到目標(biāo)在三維空間中的位置。由于無人機(jī)與目標(biāo)始終處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即便云臺(tái)相機(jī)可以調(diào)整其姿態(tài)角度來指向目標(biāo)，單臺(tái)無人機(jī)仍有可能對(duì)目標(biāo)失去定位。造成這種現(xiàn)象的原因有多種，如目標(biāo)發(fā)生遮擋、目標(biāo)與無人機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)過大、目標(biāo)成像角度變化導(dǎo)致視覺算法失效等。在目標(biāo)丟失的這段時(shí)間內(nèi)，極有可能因?yàn)槟繕?biāo)與無人機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成永久性的跟蹤失敗，解決辦法之一是采用多無人機(jī)集群對(duì)目標(biāo)展開協(xié)同跟蹤。多無人機(jī)協(xié)同跟蹤地面移動(dòng)目標(biāo)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：一是傳感器綜合覆蓋面

第2章多無人機(jī)協(xié)同跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13X3機(jī)載云臺(tái)相機(jī)用于采集圖像信息，其具備三自由度云臺(tái)，可以通過控制云臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的主動(dòng)跟蹤。Manifold（妙算）是一款微型計(jì)算機(jī)，搭載了Ubuntu操作系統(tǒng)，支持CUDA、OpenCV及ROS等，Linux環(huán)境方便進(jìn)行軟件開發(fā)測試。其體積孝重量輕，具有與云臺(tái)相機(jī)和無人機(jī)通信的接口，能執(zhí)行較為復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，實(shí)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。圖2.2硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)圖2.3經(jīng)緯M100四旋翼無人機(jī)圖2.4禪思X3一體化云臺(tái)相機(jī)圖2.5Manifold機(jī)載計(jì)算機(jī)2.軟件平臺(tái)搭建軟件平臺(tái)主要有機(jī)器人操作系統(tǒng)（RobotOperatingSystem,ROS）、DJIOnboardSDK、DJIAssistant2仿真器、OpenCV開源計(jì)算機(jī)視覺庫以及Matlab/Simulink等。ROS主要運(yùn)行在Linux環(huán)境下，利用ROS可以將系統(tǒng)的各子模塊封裝成各個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀娶處理和發(fā)送，節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換由ROS來完成，這樣降低了系統(tǒng)中各模塊間的耦合性和程序錯(cuò)誤的發(fā)生概率。本文將跟蹤系統(tǒng)的一些具體功能以C++和Python語言實(shí)現(xiàn)后，將其移植到ROS中編譯為若干個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)具體任務(wù)的運(yùn)行。因此各子模塊之間的銜接工作得以簡化為ROS節(jié)點(diǎn)之前的話題訂閱與發(fā)布關(guān)系，大大簡化了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度。DJIOnboardSDK是大疆公司提供的開源軟件庫，使開發(fā)者能夠通過串口與飛行器飛控通信。OnboardSDK為開發(fā)者提供了一種通過安裝機(jī)載計(jì)算設(shè)備來控制飛行器的途徑，允許開發(fā)者實(shí)現(xiàn)飛行器狀態(tài)測量、飛行控制和一些其他的功能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[5]多無人機(jī)協(xié)同目標(biāo)跟蹤問題建模與優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 王林.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011

碩士論文
[1]基于多Agent的多攝像頭目標(biāo)軌跡追蹤[D]. 曹凱悅.北京交通大學(xué) 2018
[2]基于視覺引導(dǎo)的多旋翼無人機(jī)地面動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究[D]. 談青艷.南京航空航天大學(xué) 2017
[3]多無人機(jī)被動(dòng)目標(biāo)定位與跟蹤技術(shù)研究[D]. 高擎峰.南京理工大學(xué) 2017
[4]無人機(jī)圖像目標(biāo)跟蹤與定位[D]. 袁峻.南京理工大學(xué) 2017
[5]四旋翼無人機(jī)編隊(duì)飛行的控制策略研究[D]. 劉書林.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
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本文編號(hào)：3440921