本文關(guān)鍵詞：基于視覺引導(dǎo)的無人直升機(jī)自主著艦技術(shù)研究

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【摘要】：針對國內(nèi)外無人直升機(jī)自主著艦技術(shù)研究所存在的著艦定位精度不高,以及2D著陸目標(biāo)在背景雜亂和部分遮擋下不能完全識別等問題,上述問題的解決對導(dǎo)航精度、控制技術(shù)和著艦可靠性都有嚴(yán)格的要求。因此,這是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)且難度較大的國防課題研究。本文以旋翼無人直升機(jī)為對象,闡述了著艦環(huán)境和艦船運(yùn)動(dòng)特性對無人直升機(jī)著艦安全的影響及無人直升機(jī)非線性數(shù)學(xué)模型的建立。采用圖像匹配的特征點(diǎn)識別技術(shù)來展開視覺著艦技術(shù)的研究,其研究和創(chuàng)新之處主要包括以下三部分內(nèi)容:(1)針對傳統(tǒng)經(jīng)典控制方法設(shè)計(jì)的飛行控制律周期長、工作量大且控制精度不高等缺點(diǎn),本文提出了一種新的控制方法—基于符號控制方法設(shè)計(jì)飛行控制律。首先,將無人直升機(jī)非線性數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性化處理、實(shí)現(xiàn)其離散化。其次,對其采用符號控制并產(chǎn)生有限個(gè)控制輸入,引入符號控制器確定其符號控制結(jié)構(gòu)。最后采用符號控制算法實(shí)現(xiàn)了空間狀態(tài)變換及布魯諾夫斯基坐標(biāo)下的標(biāo)準(zhǔn)型計(jì)算來完成無人直升機(jī)飛行控制律的設(shè)計(jì)。仿真驗(yàn)證結(jié)果表明:符號控制對于穩(wěn)定無人直升機(jī)在著艦過程的飛行和下滑降落都取到了很好的控制效果,該方法可應(yīng)用于飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(2)針對2D著陸目標(biāo)在復(fù)雜背景及部分遮擋的場景下易造成目標(biāo)識別缺陷等困難,本文提出了基于SURF與FLANN方法融合的目標(biāo)識別技術(shù)。首先將采集的目標(biāo)圖像利用中值濾波和二值閾值化分割技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理,分割出待處理的目標(biāo)圖像區(qū)域。其次,對待處理的目標(biāo)區(qū)域采用SURF方法分別提取著陸目標(biāo)和場景中著陸目標(biāo)的SURF特征點(diǎn),生成二者的特征向量。最后采用FLANN算法的特征點(diǎn)匹配技術(shù)尋找兩幅圖像中最近的特征點(diǎn)對,并用隨機(jī)魯棒方法匹配兩幅圖像中的特征點(diǎn)對,依據(jù)特征點(diǎn)對和匹配距離進(jìn)行目標(biāo)圖像匹配和確認(rèn)。仿真驗(yàn)證結(jié)果表明:該識別技術(shù)能夠針對各種場景下的著陸目標(biāo)都能較好的識別到完整目標(biāo)。(3)為了獲取無人直升機(jī)著艦的位姿信息,研究了位姿信息估計(jì)算法的線性轉(zhuǎn)換計(jì)算。基于著陸目標(biāo)特征點(diǎn)信息、地平線和艦船目標(biāo)的識別位置坐標(biāo)和位姿信息估計(jì)算法,得到相對位姿信息估計(jì)仿真結(jié)果。最后基于3D重建和位姿信息估計(jì)算法對無人直升機(jī)自主著艦過程進(jìn)行了3D仿真,并對3D仿真效果進(jìn)行分析及繪制了無人直升機(jī)基于視覺著艦的3D下滑軌跡。仿真結(jié)果表明:基于視覺引導(dǎo)無人直升機(jī)著艦研究在著艦精度上已達(dá)到實(shí)用要求。
【關(guān)鍵詞】：無人直升機(jī) 符號控制 飛行控制律 視覺導(dǎo)航
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41;V279
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本文編號：630213