本文關(guān)鍵詞：基于多傳感器的四旋翼無人機室內(nèi)自主導航研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在災難救援活動中,具備靈活機動性的無人機正逐步顯示出巨大的優(yōu)勢。近年來,基于GPS或SLAM的無人機導航獲得了良好的實際效果。然而,在不具備明顯位置標識的室內(nèi)環(huán)境中,如何為無人機提供自主導航則構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合多傳感器數(shù)據(jù)融合與四旋翼無人機控制技術(shù),研究并實現(xiàn)四旋翼無人機在室內(nèi)環(huán)境的自主導航,具有很強的科學價值和現(xiàn)實意義。依據(jù)貝葉斯濾波理論及空氣動力學原理,本文建立了無人機狀態(tài)模型和運動模型。考慮到無人機與地面之間的通信延遲及數(shù)據(jù)處理延遲,在狀態(tài)預測時將這種延遲消去。針對旋翼無人機飛行時的傾斜,以慣性測量單元(IMU)得到的姿態(tài)作為參考對圖像進行視角變換處理。在經(jīng)過光流算法得到圖像整體位移后使用尺度變換將像素距離轉(zhuǎn)換為實際距離,然后將光流與IMU進行數(shù)據(jù)融合。實驗結(jié)果表明該方法在短時間內(nèi)具有較高的定位精度。在建立基于特征點的觀測模型基礎(chǔ)上,為了解決數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時的錯誤關(guān)聯(lián),本文采用了一種整體數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的方法,尋找局部地圖與全局地圖之間的最優(yōu)變換。以基于粒子濾波的蒙特卡羅定位方法計算無人機在全局定位中的位置,同時采用降低權(quán)重方差、檢測粒子權(quán)重變化等方法解決粒子濾波存在的粒子多樣性衰竭等問題。實驗結(jié)果表明,該方法具有較強的魯棒性,滿足長時間定位需求。為滿足定位系統(tǒng)的需求,本文構(gòu)建了AR. Drone四旋翼無人機的硬件及軟件系統(tǒng),以機器人操作系統(tǒng)(ROS)為基礎(chǔ),開發(fā)了無人機地面站的導航定位系統(tǒng)及控制系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)采用帶限幅的PID控制器,并采用預估的方法抵消時延對控制效果的影響。導航系統(tǒng)將基于光流/IMU的貝葉斯定位方法與基于粒子濾波的蒙特卡羅定位方法相結(jié)合,使得系統(tǒng)既能快速處理短時間內(nèi)的無人機定位需求,又能對無人機進行長時間精確定位。最后,為驗證所研究的四旋翼無人機導航算法與技術(shù),本文采用Gazebo構(gòu)建了仿真系統(tǒng),并將本文研究的算法及開發(fā)的導航軟件在仿真環(huán)境中進行了測試。測試結(jié)果表明,本文設(shè)計的系統(tǒng)能夠滿足無人機室內(nèi)定位的需求,具備良好的實時性、準確性及魯棒性。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼無人機 自主導航 室內(nèi)環(huán)境 多傳感器 機器人操作系統(tǒng)(ROS)
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：V279;TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 無人機室內(nèi)自主導航的關(guān)鍵問題16-17
• 1.3 主要研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)17-19
• 1.3.1 論文研究內(nèi)容17
• 1.3.2 論文章節(jié)安排17-19
• 第2章 基于貝葉斯濾波的無人機局部導航研究19-37
• 2.1 導航技術(shù)基本原理19-21
• 2.1.1 噪聲及不確定度19
• 2.1.2 基本假設(shè)19-20
• 2.1.3 基本概率模型20-21
• 2.2 傳感器數(shù)據(jù)處理21-27
• 2.2.1 數(shù)據(jù)傳輸延遲21-22
• 2.2.2 基于IMU的俯視圖變換22-23
• 2.2.3 尺度估算23-24
• 2.2.4 基于光流的導航技術(shù)24-27
• 2.3 無人機狀態(tài)模型的建立27-32
• 2.3.1 坐標系轉(zhuǎn)換及狀態(tài)空間的建立27-28
• 2.3.2 無人機運動模型28-29
• 2.3.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型29-30
• 2.3.4 狀態(tài)預測模型30-31
• 2.3.5 狀態(tài)觀測模型31-32
• 2.4 實驗結(jié)果及分析32-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第3章 基于粒子濾波的無人機全局導航研究37-51
• 3.1 特征提取37-38
• 3.2 基于特征的觀測模型38-42
• 3.2.1 路標測量38
• 3.2.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)38-40
• 3.2.3 基于粒子濾波的定位算法40-42
• 3.3 無人機定位算法的魯棒性42-49
• 3.3.1 粒子匱乏42-44
• 3.3.2 動態(tài)環(huán)境干擾的抑制44-45
• 3.3.3 無人機導航實驗及結(jié)果分析45-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第4章 基于ROS的室內(nèi)四旋翼無人機系統(tǒng)設(shè)計51-61
• 4.1 無人機系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計51-53
• 4.2 無人機機載系統(tǒng)的構(gòu)建53-56
• 4.2.1 機載傳感器及驅(qū)動53
• 4.2.2 數(shù)據(jù)鏈路53-56
• 4.3 無人機地面站系統(tǒng)設(shè)計56-60
• 4.3.1 ROS操作系統(tǒng)56-57
• 4.3.2 飛行控制器設(shè)計57-58
• 4.3.3 定位系統(tǒng)設(shè)計58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第5章 四旋翼無人機導航系統(tǒng)的飛行實驗及分析61-73
• 5.1 實驗環(huán)境設(shè)置61-62
• 5.2 無人機導航的仿真實驗62-67
• 5.2.1 仿真系統(tǒng)的搭建62-63
• 5.2.2 仿真結(jié)果及分析63-67
• 5.3 四旋翼無人機實際飛行實驗67-71
• 5.3.1 導航系統(tǒng)魯棒性實驗67-69
• 5.3.2 導航系統(tǒng)精確性實驗69-71
• 5.4 本章小結(jié)71-73
• 第6章 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 總結(jié)73
• 6.2 展望73-75
• 參考文獻75-81
• 致謝81-83
• 作者簡介83

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 辛健成;美國海軍無人機發(fā)展歷程[J];機器人技術(shù)與應用;2000年05期

2 時兆峰;以色列組建專門的無人機管理部門[J];飛航導彈;2001年10期

3 徐文;俄羅斯的無人機系統(tǒng)——格蘭特[J];飛航導彈;2003年07期

4 何一波;各國使用的主要輕型無人機[J];飛航導彈;2003年11期

5 馬曉平;系統(tǒng)工程學在無人機研制中的應用[J];航空科學技術(shù);2003年04期

6 柯邊;“影子200”戰(zhàn)術(shù)無人機[J];航天電子對抗;2003年06期

7 溫羨嶠,李英;從美國無人機的發(fā)展來看無人機在未來戰(zhàn)爭中的應用前景[J];現(xiàn)代防御技術(shù);2003年05期

8 王永壽;日本無人機的研究開發(fā)現(xiàn)狀與動向[J];飛航導彈;2003年08期

9 袁剛輝;徐志紅;;不斷壯大的俄羅斯無人機家族[J];現(xiàn)代兵器;2003年02期

10 徐文;俄羅斯無人機的發(fā)展現(xiàn)狀[J];飛航導彈;2004年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王林;張慶杰;朱華勇;沈林成;;遠程異地多無人機系統(tǒng)控制權(quán)切換技術(shù)研究[A];2009中國控制與決策會議論文集（3）[C];2009年

2 譚健美;張琚;閆娟;;信息無人機系統(tǒng)——無人機發(fā)展史上新的里程碑[A];第二屆中國航空學會青年科技論壇文集[C];2006年

3 黃愛鳳;鄧克緒;;民用無人機發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)[A];第九屆長三角科技論壇——航空航天科技創(chuàng)新與長三角經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展分論壇論文集[C];2012年

4 劉長亮;;無人機發(fā)動機氣道開度自適應機構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第三分冊）[C];2009年

5 丁霖;;無人機系統(tǒng)人機交互界面淺析[A];探索 創(chuàng)新 交流（第4集）——第四屆中國航空學會青年科技論壇文集[C];2010年

6 劉澤坤;呂繼淮;;艦載無人機系統(tǒng)的環(huán)境適應性[A];人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程創(chuàng)立20周年紀念大會暨第五屆全國人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程學術(shù)會議論文集[C];2001年

7 葉烽;宋祖勛;;無人機系統(tǒng)電磁兼容性測試研究[A];第十四屆全國電磁兼容學術(shù)會議論文集[C];2004年

8 易當祥;呂國志;沈玲玲;;多級路況下車載無人機疲勞載荷仿真[A];第十二屆全國疲勞與斷裂學術(shù)會議論文集[C];2004年

9 錢正祥;金繼才;楊鷺怡;;未來局部戰(zhàn)爭中反無人機作戰(zhàn)對策研究[A];探索創(chuàng)新交流－－中國航空學會青年科技論壇文集[C];2004年

10 高鵬騏;晏磊;趙紅穎;何定洲;;無人機遙感控制平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[A];第十五屆全國遙感技術(shù)學術(shù)交流會論文摘要集[C];2005年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 洪山;法國、德國和西班牙簽約共同研發(fā)三國無人機系統(tǒng)[N];中國航空報;2007年

2 崔璽康;對抗無人機所面臨的新挑戰(zhàn)[N];中國航空報;2007年

3 林英;無人機將進入現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[N];光明日報;2007年

4 本報記者 陳永杰　馬佳;中國無人機亮相：戰(zhàn)爭“零傷亡”將實現(xiàn)[N];北京科技報;2008年

5 祖茜楓;“綜合者”：攜帶小導彈的小無人機[N];中國國防報;2008年

6 王磊;印度期望打造強大無人機部隊[N];學習時報;2009年

7 李荔;無人機“俯瞰”黃河災情[N];北京科技報;2011年

8 本報記者 宋斌斌;我國無人機應用高端化趨勢明顯[N];中國工業(yè)報;2011年

9 吳飛;反恐十年無人機扶搖直上[N];中國航空報;2011年

10 司古;美無人機遭神秘病毒入侵[N];國防時報;2011年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉洋;動態(tài)環(huán)境中的無人機路徑規(guī)劃研究[D];西北工業(yè)大學;2015年

2 高九州;無人機自主著陸控制[D];中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所);2016年

3 陳巖;蟻群優(yōu)化理論在無人機戰(zhàn)術(shù)控制中的應用研究[D];國防科學技術(shù)大學;2007年

4 林林;基于協(xié)同機制的多無人機任務規(guī)劃研究[D];北京郵電大學;2013年

5 劉春陽;無人機隱身技術(shù)若干問題研究[D];西安電子科技大學;2012年

6 王小剛;非線性濾波方法在無人機相對導航上的應用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

7 黃國勇;變推力軸線無人機飛行控制技術(shù)研究[D];南京航空航天大學;2009年

8 鄭維剛;基于無人機紅外影像技術(shù)的配電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學;2014年

9 許德新;無人機光電載荷視軸穩(wěn)定技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

10 唐晏;基于無人機采集圖像的植被識別方法研究[D];成都理工大學;2014年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙敏;分布式多類型無人機協(xié)同任務分配研究及仿真[D];南京理工大學;2009年

2 劉志花;無人機故障預測與健康管理技術(shù)研究[D];北京化工大學;2010年

3 劉愛兵;可變形無人機設(shè)計[D];南京航空航天大學;2009年

4 易姝姝;無人機飛行場景及數(shù)據(jù)的可視化仿真與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2010年

5 張佳璐;無人機項目綜合評價研究[D];北京郵電大學;2011年

6 趙志鴻;某型無人機雙發(fā)火箭助推發(fā)射動力學建模與仿真研究[D];南京理工大學;2007年

7 李建華;某無人機發(fā)射系統(tǒng)技術(shù)研究[D];南京理工大學;2008年

8 戴世通;無人機飛行可視化仿真系統(tǒng)設(shè)計[D];西安理工大學;2008年

9 曹攀峰;敵對與非敵對環(huán)境下無人機群的協(xié)同搜索路徑與策略研究[D];復旦大學;2010年

10 張錫憲;無人機測控中數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2009年

  本文關(guān)鍵詞：基于多傳感器的四旋翼無人機室內(nèi)自主導航研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：364194