旋翼無人飛行器體積小、結構簡單、易于操控且能垂直起降,近年來被廣泛應用于多種領域,例如農藥噴灑、公共安全、環(huán)境監(jiān)測、航空拍攝等。導航技術作為旋翼無人飛行器的關鍵技術,對其應對復雜環(huán)境、正常完成任務起著重要作用。然而目前旋翼無人飛行器導航系統(tǒng)的機載慣導所使用的是精度較低的微機電慣性測量元件,其誤差會迅速發(fā)散,無法單獨提供高精度的導航信息,故該導航系統(tǒng)嚴重依賴全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System,GNSS）提供的定位信息。而隨著旋翼無人飛行器的火熱以及在各行各業(yè)中的深化應用,不可避免地會遇到衛(wèi)星拒止的情況,如室內環(huán)境、城市密集高樓群、峽谷密林等。因此當衛(wèi)星導航信息受到屏蔽甚至是人為干擾時,需要其他導航系統(tǒng)來輔助提供高精度、可靠、強魯棒性的導航信息,以提高復雜環(huán)境下旋翼飛行器導航系統(tǒng)的精度和自主性�；谏鲜鲈�,本文主要針對旋翼飛行器動力學模型開展深入的研究工作,并結合激光雷達同步定位構圖（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）技術,提高飛行器在衛(wèi)星拒止環(huán)境下的導航精度和性能。本文首先對目前衛(wèi)星... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

多旋翼無人飛行器常見類型圖

基于動力學模型輔助的多旋翼飛行器自主容錯導航方，研究人員采用不同的方案來對導航進行輔助，其中一種加速度計陀螺儀慣導旋翼轉速傳感器 動力學模型濾波器磁力計速度姿態(tài)圖 1.3 典型的多旋翼飛行器動力學模型輔助導航結構圖助導航作為一種新穎的自主導航方法，現(xiàn)處于實驗室研究法國 Parrot 公司的 AR.Drone 四旋翼飛行器在進行精確動模型/慣性導航融合方案來進行速度估計[18]。

視覺導航方法有多種，可根據對地圖的依賴程度大致上分為基于已知環(huán)境地圖型、地圖構建型、無需地圖型三種[26]。如果需要輸出精確的定位信息，則主要有視覺里程計(Visual Odometry,VO)[27]、光流法[28]和 SALM[29]三種。但是對于視覺導航技術而言，系統(tǒng)設計比較復雜，成本較高且有效探測距離有限。應用環(huán)境也有相應的限制，首先光照條件要充足，其次特征紋理要豐富。而且一般來說視覺導航計算量較大，對機載計算機的性能要求較高，輸出頻率低，實時性較差，不適用于移動速度較快的載體�？偟膩碚f，目前大多數(shù)多旋翼無人飛行器采用的導航系統(tǒng)都依賴于 GPS 等衛(wèi)星導航系統(tǒng)，但是由于衛(wèi)星信號容易受到干擾且在多種情況下無法使用，為了提高導航系統(tǒng)的適應性與可靠性，動力學模型、激光雷達、視覺傳感器等能用于衛(wèi)星拒止環(huán)境下的導航技術不可或缺。例如英國華威大學、美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology，MIT)和中國 XIRO 公司研制的多旋翼無人飛行器均有使用視覺傳感器、激光雷達來提供其在衛(wèi)星拒止環(huán)境下的定位信息，如下圖所示。由于視覺導航技術由本課題組其他成員重點開展研究，本文將不再對其進行展開分析。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]激光雷達SLAM技術及其在無人車中的應用研究進展[J]. 李晨曦,張軍,靳欣宇,李廣敬,李強.  北京聯(lián)合大學學報. 2017(04)
[2]基于計算機視覺的室內自主移動機器人導航綜述[J]. 楊春媚,王峰,晉博,汪進,梅琪,邱文添.  電腦知識與技術. 2017(15)
[3]視覺SLAM綜述[J]. 權美香,樸松昊,李國.  智能系統(tǒng)學報. 2016(06)
[4]視覺導航技術發(fā)展綜述[J]. 管敘軍,王新龍.  航空兵器. 2014(05)
[5]一套完整的基于視覺光流和激光掃描測距的室內無人機導航系統(tǒng)(英文)[J]. 王飛,崔金強,陳本美,李崇興.  自動化學報. 2013(11)
[6]面向控制的飛行器氣動耦合模型解耦方法研究[J]. 朱多賓,呼衛(wèi)軍,林鵬,周軍.  飛行力學. 2013(05)
[7]視覺里程計技術綜述[J]. 李宇波,朱效洲,盧惠民,張輝.  計算機應用研究. 2012(08)
[8]MEMS-IMU/GPS組合導航系統(tǒng)中坐標系統(tǒng)一的方法研究[J]. 孔祥雷,李杰,杜英.  傳感技術學報. 2010(04)
[9]大規(guī)模環(huán)境下基于激光雷達的機器人SLAM算法[J]. 武二永,項志宇,沈敏一,劉濟林.  浙江大學學報(工學版). 2007(12)

碩士論文
[1]基于Mesh通信網絡的四旋翼編隊控制平臺研究與實現(xiàn)[D]. 程鵬.浙江大學 2017
[2]無人機航跡規(guī)劃及導航定位系統(tǒng)研究[D]. 王涵.浙江大學 2017
[3]基于改進CKF的移動機器人定位與建圖研究[D]. 陶明.安徽工程大學 2016
[4]基于激光LIDAR的室外移動機器人三維定位與建圖[D]. 韓明瑞.東南大學 2016
[5]飛行器氣動模型輔助慣性導航的關鍵技術研究[D]. 宋亦凡.南京航空航天大學 2015
[6]基于分布式粒子濾波的SLAM算法研究[D]. 武玫.北京工業(yè)大學 2013
[7]慣性/多衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)信息融合及故障檢測算法研究[D]. 王春霞.南京航空航天大學 2008
[8]微小型四旋翼無人直升機建模及控制方法研究[D]. 聶博文.國防科學技術大學 2006



本文編號：3602551