多旋翼无人机在山地场景应用中的关键技术研究
发布时间：2021-04-26 20:34
地球表面的山地面积约占总面积的四分之一,而全世界则有差不多十分之一的人口居住在山地地区,并且有近一半人口的生活需要依靠山地地区的资源。在我国,山地所占的面积大约是国土总面积的三分之二,贵州省属于典型山区。“无人机+农业”是现代农业发展的新技术之一,在山区场景中山高陡坡、云雾缭绕,因此借助无人机技术,可高效实现山地环境的监测。论文研究内容如下:（1）选择适合本篇文章研究的实验平台,设计飞控板的硬件电路,针对山地场景设计超声波传感器检测电路;（2）分析六旋翼无人机的飞行原理,并对欧拉角和四元数进行简述,为后面的姿态验算提供理论支撑,对机体坐标系和地面坐标系进行设定,并在此基础上对读取的数据进行滤波以及姿态验算。对应第二章的超声波传感器电路,设计其驱动程序。增加低空情况下测量到的高度的准确性,使无人机能够平稳降落。并且在无人机飞行过程中,避免撞到无法预料的障碍物,减少无人机在山地环境下坠机的可能;（3）结合TSP旅行商问题,给定若干目标点规划出最优的飞行轨迹。研究了无人机在山地场景应用中的航迹规划方法。在无人机航迹规划问题中,首先,建立航迹规划空间,构建目标函数;然后,应用优化算法对目标函数...
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 多旋翼无人机的概述
1.1.2 山地场景的概述
1.1.3 TSP旅行商问题的概述
1.2 国内外无人机控制研究现状
1.2.1 国外无人机控制发展现状
1.2.2 国内无人机控制发展现状
1.3 国内外航迹规划算法研究现状
1.3.1 国外航迹规划算法发展现状
1.3.2 国内航迹规划算法发展现状
1.4 论文主要研究内容
第2章 硬件平台的设计
2.1 硬件平台的选择
2.2 机械动力组成部分
2.2.1 机械部分
2.2.2 动力部分
2.3 硬件电路的设计
2.3.1 最小系统电路设计
2.3.2 PPM解码模块电路设计
2.3.3 惯性测量单元电路设计
2.3.4 GPS导航模块电路设计
2.3.5 三轴磁力计模块电路设计
2.3.6 存储电路设计
2.3.7 电源电路设计
2.3.8 超声波传感器电路设计
2.3.9 六旋翼控制板电路原理图
2.4 本章小结
第3章 姿态控制分析和超声波传感器的作用
3.1 六旋翼无人机的飞行原理
3.2 欧拉角与四元数的描述
3.2.1 欧拉角
3.2.2 四元数
3.3 姿态解算和互补滤波
3.3.1 坐标系分析
3.3.2 互补滤波算法
3.3.3 水平姿态与航向初始化
3.3.4 姿态解算程序
3.4 超声波传感器的作用
3.4.1 超声波传感器的重要性
3.4.2 超声波传感器的安装
3.4.3 超声波传感器的驱动程序
3.4.4 降落阶段程序优化
3.5 本章小结
第4章 解决TSP问题的经典算法及改进算法
4.1 常用TSP算法的解决思路及步骤
4.1.1 模拟退火算法的解决思路及步骤
4.1.2 遗传算法的解决思路及步骤
4.1.3 混合粒子群算法的解决思路及步骤
4.1.4 蚁群算法的解决思路及步骤
4.2 四种经典算法仿真的对比分析
4.2.1 第一组点集仿真测试（经典31个点）
4.2.2 第二组点集仿真测试（实际10个点）
4.2.3 第三组点集仿真测试（实际20个点）
4.3 改进遗传模拟退火算法（ISAGA）
4.3.1 改进遗传模拟退火算法的解决思路及步骤
4.3.2 改进遗传模拟退火算法与四种经典算法的对比分析
4.4 本章小结
第5章 实际飞行测试
5.1 基本运动测试
5.1.1 垂直运动
5.1.2 滚转运动
5.1.3 俯仰运动
5.1.4 偏航运动
5.2 急停和悬停测试
5.3 寻点飞行测试
5.3.1 无人机自动巡航程序
5.3.2 十个点情况下的飞行测试
5.3.3 二十个点情况下的飞行测试
5.4 辅助功能测试
5.4.1 GPS卫星数量及精度测试
5.4.2 高度误差测试
5.4.3 理论指标
5.5 应用的场景
第6章 总结与致谢
参考文献
附录Ⅰ
附录Ⅱ
附录Ⅲ
附录Ⅳ
附录Ⅴ
附录Ⅵ
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机系统与人工智能[J]. 樊邦奎,张瑞雨. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(11)
[2]美陆军无人系统发展规划及建设情况研究[J]. 姚红霞. 现代军事. 2017(09)
[3]以人工标志物为基准的无人机定位系统[J]. 李季远,修俊山,林杉,郭照师,李宗文,王超凡. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(09)
[4]四旋翼飞机姿态检测方法设计与实现[J]. 姜香菊,曾幼涵,刘二林. 传感器与微系统. 2017(07)
[5]美国军民用无人机系统事故案例分析[J]. 史校川,金镭,王春生,苗延青,张泽京. 航空标准化与质量. 2017(03)
[6]走向智能自主的无人机控制技术[J]. 赵煦. 科技导报. 2017(07)
[7]美国空军无人机系统发展综述[J]. 刘丽,曲珂,汪涛. 飞航导弹. 2016(12)
[8]浅析无人机系统自主控制的关键技术[J]. 李栋,李明,高启坤. 中国军转民. 2016(12)
[9]以智能为核心的无人机系统课程体系设计[J]. 牛轶峰,贾圣德,李杰,王祥科. 计算机教育. 2016(10)
[10]北约无人机系统适航标准分析[J]. 祁圣君,尹文强. 航空标准化与质量. 2015(05)
博士论文
[1]神经智能控制在小型快递无人机系统中的研究与应用[D]. 张潮.北京科技大学 2017
[2]水下重力匹配辅助导航技术研究[D]. 崔晨风.武汉大学 2010
[3]蚁群算法理论、应用及其与其它算法的混合[D]. 高尚.南京理工大学 2005
硕士论文
[1]四旋翼无人机控制系统设计[D]. 王文建.新疆大学 2017
[2]无人机航迹规划及导航定位系统研究[D]. 王涵.浙江大学 2017
[3]基于小型无人机系统驱动模块形式化验证的研究[D]. 曾泽锋.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于Pixhawk飞控板的六旋翼飞行器自适应动态逆控制技术研究[D]. 赵伦.北方工业大学 2016
[5]四旋翼飞行器建模与控制方法研究[D]. 罗春光.天津工业大学 2016
[6]无人飞行器航迹规划的研究[D]. 邬琦.中北大学 2015
[7]四旋翼无人机非线性控制研究[D]. 贺海鹏.东南大学 2015
[8]基于μC/OS-Ⅱ的小型固定翼无人机飞控系统的设计与实现[D]. 胡磊.电子科技大学 2014
[9]独立光伏发电系统中充电控制器的研究与设计[D]. 徐素娟.浙江工业大学 2013
[10]测绘型无人机系统任务规划与数据处理研究[D]. 陈大平.解放军信息工程大学 2011
本文编号：3162073
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 多旋翼无人机的概述
1.1.2 山地场景的概述
1.1.3 TSP旅行商问题的概述
1.2 国内外无人机控制研究现状
1.2.1 国外无人机控制发展现状
1.2.2 国内无人机控制发展现状
1.3 国内外航迹规划算法研究现状
1.3.1 国外航迹规划算法发展现状
1.3.2 国内航迹规划算法发展现状
1.4 论文主要研究内容
第2章 硬件平台的设计
2.1 硬件平台的选择
2.2 机械动力组成部分
2.2.1 机械部分
2.2.2 动力部分
2.3 硬件电路的设计
2.3.1 最小系统电路设计
2.3.2 PPM解码模块电路设计
2.3.3 惯性测量单元电路设计
2.3.4 GPS导航模块电路设计
2.3.5 三轴磁力计模块电路设计
2.3.6 存储电路设计
2.3.7 电源电路设计
2.3.8 超声波传感器电路设计
2.3.9 六旋翼控制板电路原理图
2.4 本章小结
第3章 姿态控制分析和超声波传感器的作用
3.1 六旋翼无人机的飞行原理
3.2 欧拉角与四元数的描述
3.2.1 欧拉角
3.2.2 四元数
3.3 姿态解算和互补滤波
3.3.1 坐标系分析
3.3.2 互补滤波算法
3.3.3 水平姿态与航向初始化
3.3.4 姿态解算程序
3.4 超声波传感器的作用
3.4.1 超声波传感器的重要性
3.4.2 超声波传感器的安装
3.4.3 超声波传感器的驱动程序
3.4.4 降落阶段程序优化
3.5 本章小结
第4章 解决TSP问题的经典算法及改进算法
4.1 常用TSP算法的解决思路及步骤
4.1.1 模拟退火算法的解决思路及步骤
4.1.2 遗传算法的解决思路及步骤
4.1.3 混合粒子群算法的解决思路及步骤
4.1.4 蚁群算法的解决思路及步骤
4.2 四种经典算法仿真的对比分析
4.2.1 第一组点集仿真测试（经典31个点）
4.2.2 第二组点集仿真测试（实际10个点）
4.2.3 第三组点集仿真测试（实际20个点）
4.3 改进遗传模拟退火算法（ISAGA）
4.3.1 改进遗传模拟退火算法的解决思路及步骤
4.3.2 改进遗传模拟退火算法与四种经典算法的对比分析
4.4 本章小结
第5章 实际飞行测试
5.1 基本运动测试
5.1.1 垂直运动
5.1.2 滚转运动
5.1.3 俯仰运动
5.1.4 偏航运动
5.2 急停和悬停测试
5.3 寻点飞行测试
5.3.1 无人机自动巡航程序
5.3.2 十个点情况下的飞行测试
5.3.3 二十个点情况下的飞行测试
5.4 辅助功能测试
5.4.1 GPS卫星数量及精度测试
5.4.2 高度误差测试
5.4.3 理论指标
5.5 应用的场景
第6章 总结与致谢
参考文献
附录Ⅰ
附录Ⅱ
附录Ⅲ
附录Ⅳ
附录Ⅴ
附录Ⅵ
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机系统与人工智能[J]. 樊邦奎,张瑞雨. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(11)
[2]美陆军无人系统发展规划及建设情况研究[J]. 姚红霞. 现代军事. 2017(09)
[3]以人工标志物为基准的无人机定位系统[J]. 李季远,修俊山,林杉,郭照师,李宗文,王超凡. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(09)
[4]四旋翼飞机姿态检测方法设计与实现[J]. 姜香菊,曾幼涵,刘二林. 传感器与微系统. 2017(07)
[5]美国军民用无人机系统事故案例分析[J]. 史校川,金镭,王春生,苗延青,张泽京. 航空标准化与质量. 2017(03)
[6]走向智能自主的无人机控制技术[J]. 赵煦. 科技导报. 2017(07)
[7]美国空军无人机系统发展综述[J]. 刘丽,曲珂,汪涛. 飞航导弹. 2016(12)
[8]浅析无人机系统自主控制的关键技术[J]. 李栋,李明,高启坤. 中国军转民. 2016(12)
[9]以智能为核心的无人机系统课程体系设计[J]. 牛轶峰,贾圣德,李杰,王祥科. 计算机教育. 2016(10)
[10]北约无人机系统适航标准分析[J]. 祁圣君,尹文强. 航空标准化与质量. 2015(05)
博士论文
[1]神经智能控制在小型快递无人机系统中的研究与应用[D]. 张潮.北京科技大学 2017
[2]水下重力匹配辅助导航技术研究[D]. 崔晨风.武汉大学 2010
[3]蚁群算法理论、应用及其与其它算法的混合[D]. 高尚.南京理工大学 2005
硕士论文
[1]四旋翼无人机控制系统设计[D]. 王文建.新疆大学 2017
[2]无人机航迹规划及导航定位系统研究[D]. 王涵.浙江大学 2017
[3]基于小型无人机系统驱动模块形式化验证的研究[D]. 曾泽锋.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于Pixhawk飞控板的六旋翼飞行器自适应动态逆控制技术研究[D]. 赵伦.北方工业大学 2016
[5]四旋翼飞行器建模与控制方法研究[D]. 罗春光.天津工业大学 2016
[6]无人飞行器航迹规划的研究[D]. 邬琦.中北大学 2015
[7]四旋翼无人机非线性控制研究[D]. 贺海鹏.东南大学 2015
[8]基于μC/OS-Ⅱ的小型固定翼无人机飞控系统的设计与实现[D]. 胡磊.电子科技大学 2014
[9]独立光伏发电系统中充电控制器的研究与设计[D]. 徐素娟.浙江工业大学 2013
[10]测绘型无人机系统任务规划与数据处理研究[D]. 陈大平.解放军信息工程大学 2011
本文编号：3162073
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