基于多传感器融合的舰载无人机自动着舰技术的研究
发布时间：2020-12-23 11:59
目前,依靠视觉或GPS定位引导无人机的自主着舰过程易受复杂的海洋环境如大风、大雾、海浪波动的影响,而使用高精度传感器来提高系统抗干扰能力,又会造成成本增高。为了解决上述问题,本文结合无线定位技术,提出了一种应用在垂直起降无人机自动着舰最后阶段的多传感器融合定位算法,来弥补单目视觉引导着舰过程中的缺陷,并对其自主着舰系统进行了开发。论文的主要工作如下:(1)以基于模板匹配及图像尺寸测量的图像识别定位技术为例,从原理上分析了单目视觉在引导舰载无人机自动着舰过程中的缺陷与不足,提出了利用UWB定位数据修正该过程的解决方案;(2)研究了UWB测距原理及基于空间测边交汇法的三维空间定位方法,并基于联合卡尔曼滤波设计了融合UWB定位、单目视觉定位和GPS/INS数据的目标定位算法,最后通过AirSim三维仿真平台对算法的有效性做出了验证;(3)开发了四旋翼无人机飞行平台,设计了与之配套的地面监控系统的硬件模块及监控平台,并结合上述定位算法,在MAVROS外部控制技术基础上,实现了垂直起降无人机的飞行控制程序;(4)构建了自主着舰实验系统,对地面监控系统人机交互功能和无人机自主着舰功能进行了测试,并...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２舰面设备及试验情况??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?Ｔｅｓｔｓ??
ＡｐｐｒｏａｃｈａｎｄＬａｎｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＪＰＡＬＳ）。其中ＵＣＡＲＳ系统可在晴、雾、雨、夜晚等大多??数海况下引导无人机进行自动着舰工作，而且通用性高，是美国军舰装备最多的自动着??舰系统之一［６１。图１．１为应用了该自动着舰系统的火力侦察兵舰载无人机ＲＱ－８Ａ。??０＾?％?＇??ｒ????图１．１美国火力侦察兵舰载无人机ＲＱ－８Ａ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｕ．Ｓ．?Ｆｉｒｅ?Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ?Ａｒｍｙ?Ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ?Ｕｎｍａｎｎｅｄ?Ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ?ＲＱ－８Ａ??（２）
图２．１自动着舰系统设计方案框图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｄｅｓｉｇｎ?ｓｃｈｅｍｅ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｕｔｏｍａｔｉｃ?ｌａｎｄｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??（２）视觉定位系统??视觉定位系统以图像微处理器为核心，将机载高分辨率单目相机获取的图像分别进??行图像预处理和目标分离操作，以获取更方便处理的目标图像，并分别通过位置计算器??和模板匹配获取目标的实际位置坐标及鉴定目标的正确性。最后将该位置数据打包上传??到主控制器。同时该系统通过高分辨率图传将相机获取的原始彩色图像及识别处理后的??图像传输到舰船地面站上的显示系统中进行实时监控。??（３）无线定位与传输系统??该系统分设在无人机与舰船地面站两处，无人机上搭载无线测距模块的标签节点，??而地面站上设置无线测距模块的基站节点，各个节点都能获取其自身与基站节点（或标??签节点）的距离，标签节点通过无线定位微处理器将其与各个基站节点的距离数据进行??一定算法融合，获取当前无人机相对于舰船着舰目标的位置坐标，然后将其上传到信息??融合器中与其他位置数据进行融合。同时该系统通过无线传输模块将该位置数据及其他??。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多传感器融合的多旋翼无人机近地面定位算法[J]. 王洲,杨明欣,王新媛. 成都信息工程大学学报. 2018(03)
[2]一种改进的UWB空间定位方法研究[J]. 王小波,张在琛,胡成博,路永玲,唐少峰. 电力工程技术. 2018(03)
[3]无人机视觉导航着陆地标实时检测跟踪方法[J]. 李靖,马晓东,陈怀民,段晓军,张彦龙. 西北工业大学学报. 2018(02)
[4]一种无人机三维航迹规划算法研究[J]. 叶春,张曦煌. 电子技术应用. 2018(03)
[5]一种UWB/GPS组合定位方式[J]. 胡权,何铁军,贾通,李晔,汤滢江. 南京理工大学学报. 2018(01)
[6]Rapid and robust initialization for monocular visual inertial navigation within multi-state Kalman filter[J]. Wei FANG,Lianyu ZHENG. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(01)
[7]垂直起降无人机基于图像的目标跟踪控制[J]. 刘锦涛,高丽,吴文海,李静. 控制理论与应用. 2017(06)
[8]多旋翼无人机降落伞装置的设计[J]. 王芳,宋润舟,刁维芹,高昌. 北京农业职业学院学报. 2017(04)
[9]三旋翼无人机在运动甲板上的着舰控制研究[J]. 陈怀民,段晓军,韩源. 西北工业大学学报. 2016(06)
[10]雷达信号误差对舰载机全自动着舰控制的影响[J]. 杨宝钧,刘刚,洪冠新. 北京航空航天大学学报. 2017(06)
博士论文
[1]基于机载视觉的无人机自主着舰引导关键技术研究[D]. 桂阳.国防科学技术大学 2013
[2]自然场景下的交通标志识别算法研究[D]. 张航.中南大学 2006
[3]GPS/DR车载组合定位系统数据融合算法研究[D]. 郑贵省.天津大学 2005
硕士论文
[1]基于超宽带与惯性导航的联合定位方法的研究[D]. 卢莹锚.华东理工大学 2018
[2]基于超宽带定位的自动导引车辆导航方法及其导航系统的研究[D]. 徐骏.华东理工大学 2016
[3]基于视觉信息引导的舰载无人机精确着舰技术研究[D]. 吴赛飞.南京航空航天大学 2016
[4]制导炸弹制导系统设计与仿真[D]. 刘婷婷.江苏科技大学 2016
[5]基于视觉的四旋翼无人机在特定平台上着陆系统研究[D]. 罗哲.湖南工业大学 2015
[6]导弹末制导图像识别算法研究[D]. 王金洋.中北大学 2015
[7]近水面回收作业UUV位姿自适应控制方法研究[D]. 刘枭夫.哈尔滨工程大学 2015
[8]最小有向外接矩形算法的CUDA并行实现[D]. 刘瑶.大连理工大学 2014
[9]旋翼型无人机自主着舰目标识别技术研究[D]. 史阳阳.南京航空航天大学 2013
[10]基于载波相位差分GPS的无人机着舰导引与控制技术研究[D]. 贾书瑞.南京航空航天大学 2009
本文编号：2933679
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２舰面设备及试验情况??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?Ｔｅｓｔｓ??
ＡｐｐｒｏａｃｈａｎｄＬａｎｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＪＰＡＬＳ）。其中ＵＣＡＲＳ系统可在晴、雾、雨、夜晚等大多??数海况下引导无人机进行自动着舰工作，而且通用性高，是美国军舰装备最多的自动着??舰系统之一［６１。图１．１为应用了该自动着舰系统的火力侦察兵舰载无人机ＲＱ－８Ａ。??０＾?％?＇??ｒ????图１．１美国火力侦察兵舰载无人机ＲＱ－８Ａ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｕ．Ｓ．?Ｆｉｒｅ?Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ?Ａｒｍｙ?Ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ?Ｕｎｍａｎｎｅｄ?Ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ?ＲＱ－８Ａ??（２）
图２．１自动着舰系统设计方案框图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｄｅｓｉｇｎ?ｓｃｈｅｍｅ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｕｔｏｍａｔｉｃ?ｌａｎｄｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??（２）视觉定位系统??视觉定位系统以图像微处理器为核心，将机载高分辨率单目相机获取的图像分别进??行图像预处理和目标分离操作，以获取更方便处理的目标图像，并分别通过位置计算器??和模板匹配获取目标的实际位置坐标及鉴定目标的正确性。最后将该位置数据打包上传??到主控制器。同时该系统通过高分辨率图传将相机获取的原始彩色图像及识别处理后的??图像传输到舰船地面站上的显示系统中进行实时监控。??（３）无线定位与传输系统??该系统分设在无人机与舰船地面站两处，无人机上搭载无线测距模块的标签节点，??而地面站上设置无线测距模块的基站节点，各个节点都能获取其自身与基站节点（或标??签节点）的距离，标签节点通过无线定位微处理器将其与各个基站节点的距离数据进行??一定算法融合，获取当前无人机相对于舰船着舰目标的位置坐标，然后将其上传到信息??融合器中与其他位置数据进行融合。同时该系统通过无线传输模块将该位置数据及其他??。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多传感器融合的多旋翼无人机近地面定位算法[J]. 王洲,杨明欣,王新媛. 成都信息工程大学学报. 2018(03)
[2]一种改进的UWB空间定位方法研究[J]. 王小波,张在琛,胡成博,路永玲,唐少峰. 电力工程技术. 2018(03)
[3]无人机视觉导航着陆地标实时检测跟踪方法[J]. 李靖,马晓东,陈怀民,段晓军,张彦龙. 西北工业大学学报. 2018(02)
[4]一种无人机三维航迹规划算法研究[J]. 叶春,张曦煌. 电子技术应用. 2018(03)
[5]一种UWB/GPS组合定位方式[J]. 胡权,何铁军,贾通,李晔,汤滢江. 南京理工大学学报. 2018(01)
[6]Rapid and robust initialization for monocular visual inertial navigation within multi-state Kalman filter[J]. Wei FANG,Lianyu ZHENG. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(01)
[7]垂直起降无人机基于图像的目标跟踪控制[J]. 刘锦涛,高丽,吴文海,李静. 控制理论与应用. 2017(06)
[8]多旋翼无人机降落伞装置的设计[J]. 王芳,宋润舟,刁维芹,高昌. 北京农业职业学院学报. 2017(04)
[9]三旋翼无人机在运动甲板上的着舰控制研究[J]. 陈怀民,段晓军,韩源. 西北工业大学学报. 2016(06)
[10]雷达信号误差对舰载机全自动着舰控制的影响[J]. 杨宝钧,刘刚,洪冠新. 北京航空航天大学学报. 2017(06)
博士论文
[1]基于机载视觉的无人机自主着舰引导关键技术研究[D]. 桂阳.国防科学技术大学 2013
[2]自然场景下的交通标志识别算法研究[D]. 张航.中南大学 2006
[3]GPS/DR车载组合定位系统数据融合算法研究[D]. 郑贵省.天津大学 2005
硕士论文
[1]基于超宽带与惯性导航的联合定位方法的研究[D]. 卢莹锚.华东理工大学 2018
[2]基于超宽带定位的自动导引车辆导航方法及其导航系统的研究[D]. 徐骏.华东理工大学 2016
[3]基于视觉信息引导的舰载无人机精确着舰技术研究[D]. 吴赛飞.南京航空航天大学 2016
[4]制导炸弹制导系统设计与仿真[D]. 刘婷婷.江苏科技大学 2016
[5]基于视觉的四旋翼无人机在特定平台上着陆系统研究[D]. 罗哲.湖南工业大学 2015
[6]导弹末制导图像识别算法研究[D]. 王金洋.中北大学 2015
[7]近水面回收作业UUV位姿自适应控制方法研究[D]. 刘枭夫.哈尔滨工程大学 2015
[8]最小有向外接矩形算法的CUDA并行实现[D]. 刘瑶.大连理工大学 2014
[9]旋翼型无人机自主着舰目标识别技术研究[D]. 史阳阳.南京航空航天大学 2013
[10]基于载波相位差分GPS的无人机着舰导引与控制技术研究[D]. 贾书瑞.南京航空航天大学 2009
本文编号：2933679
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