无人机软式自主空中加油视觉导航技术研究
本文关键词： 无人机 自主空中加油 位姿估计 数字仿真 半物理仿真 出处：《南京航空航天大学》2015年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：无人机在现代战场上发挥着日益重要的作用。为了提高无人机的作战效能,自主空中加油技术受到各国广泛研究。与传统的导航方式相比,视觉导航方式具有精度高、频率快、不受电子干扰等优点。本文针对无人机软式自主空中加油视觉导航技术展开了深入的研究。本文首先根据无人机软式自主空中加油的特点设计了软式自主空中加油视觉导航系统,包括视觉导航系统的使用方案,视觉导航系统的组成,视觉导航系统的工作流程等。其次,提出了软式自主空中加油视觉导航算法。基于辅助识别标志的特点,设计了视觉导航图像的预处理及特征点提取算法。采用随机Hough变换检测锥套目标,并基于卡尔曼滤波设计了锥套目标跟踪算法。针对点特征的位姿估计问题,研究了传统的正交迭代算法,并针对该算法存在的问题采用了改进算法进行位姿参数估计。再次,设计了软式自主空中加油视觉导航数字仿真系统。利用三维仿真软件Vega模拟空中加油场景,采用Simulink设计了软式自主空中加油视觉导航控制系统,利用MFC将Vega及Simulink结合起来构成闭合仿真回路。实验结果验证了本文提出的软式自主空中加油视觉导航算法的有效性。最后,在数字仿真系统的基础上设计了软式自主空中加油视觉导航半物理仿真系统。三维视景仿真计算机将虚拟摄像机获得的视觉导航图像投影至屏幕上,视觉伺服控制仿真计算机采用真实的摄像机对投影图像进行采集,并利用等效投影原理计算得到虚拟环境中受油机与锥套之间的相对位姿关系,从而控制受油机靠近锥套实现精确对接,完成半物理仿真。实验结果进一步证明了本文提出的无人机软式自主空中加油视觉导航算法的有效性。
[Abstract]:Unmanned aerial vehicle (UAV) plays an increasingly important role in modern battlefield. In order to improve the operational effectiveness of UAV, autonomous aerial refueling technology has been widely studied in various countries. Visual navigation has high accuracy and high frequency. In this paper, the visual navigation technology of soft autonomous aerial refueling for UAV is studied deeply. Firstly, according to the characteristics of soft autonomous aerial refueling of UAV, the soft autonomous aerial refueling is designed. Oil vision navigation system. Including the use of visual navigation system, the composition of the visual navigation system, visual navigation system workflow. Secondly, a soft autonomous aerial refueling visual navigation algorithm based on the characteristics of auxiliary identification signs. The preprocessing and feature extraction algorithm of visual navigation image is designed, and the random Hough transform is used to detect the taper target. Based on Kalman filter, the target tracking algorithm with cone sleeve is designed, and the traditional orthogonal iterative algorithm is studied to estimate the position and pose of point features. And aiming at the problems of the algorithm, the improved algorithm is used to estimate the pose parameters. Thirdly. A soft autonomous aerial refueling visual navigation digital simulation system is designed, and the 3D simulation software Vega is used to simulate the aerial refueling scene. The soft autonomous aerial refueling visual navigation control system is designed with Simulink. Using MFC to combine Vega and Simulink to form a closed simulation loop. The experimental results verify the effectiveness of the soft autonomous aerial refueling visual navigation algorithm proposed in this paper. Finally. Based on the digital simulation system, a soft autonomous aerial refueling visual navigation semi-physical simulation system is designed. The 3D visual simulation computer projects the visual navigation image obtained by the virtual camera onto the screen. The visual servo control simulation computer uses the real camera to collect the projection image, and calculates the relative position and attitude relationship between the receiving engine and the cone sleeve in the virtual environment by using the equivalent projection principle. In order to realize accurate docking near the cone sleeve and complete the semi-physical simulation, the experimental results further prove the effectiveness of the visual navigation algorithm of soft autonomous aerial refueling proposed in this paper.
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279;TP391.41
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，本文编号：1462378
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