旋翼无人机自主降落技术研究
发布时间：2021-07-23 21:00
无人机行业在近些年迎来了很大的发展,逐渐应用于多种行业场景,无人机系统行业正在向无人化运行方向发展,无人机自主降落是其中的关键一环,目前自主降落有多种引导方式,而视觉定位引导是一种低成本、高精度的一种技术。本文针对自主降落的关键技术进行了研究。工作如下:首先,对自主降落系统进行了总体设计。机型采用四旋翼,Pixhawk飞控,采用32位MCU作为飞行控制器,确定了传感器规格选型。视觉识别部分基于ROS操作系统设计,Apriltag算法作为核心识别程序,飞行控制部分基于FreeRTOS实时系统设计。根据无人机飞行高度与摄像头视野的关系设计了识别标志和飞行控制策略。然后,通过测试Apriltag识别的性能,无人机降落控制需要较高的位置反馈和较高的视觉定位精度,高分辨率会带来较高的计算压力,在维持分辨率不变的基础上,设计了一种窗口局部检测和图像切割的方法,对tag标志识别结果进行预测,预测算法基于RBF神经网络,设计滑动窗口分割图像,去除无用的图像区域,加快tag的识别,提高了识别帧率。接着利用坐标预测数据,对坐标进行插值处理,进一步提高识别的帧率。无人机飞行位置获取方面,激光测距传感器测距信...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１南加州大学直升机??２０１４年Ｗｅｉｗｅｉ?Ｋｏｎｇ等人提出了一种在地面架设摄像机云台单元的方案，采??
山东大学硕士学位论文??视觉识别标志进行定位和跟踪，实现了跟踪移动平台（使二者保持相对位置不变）??和自主着陆的功能，如图１－２。??ｌｌＡｌｒ湯丨．以??丨?１?．．．?Ｉ?？?｜?．１??图１－２移动平台降落??Ｃｏｕｒｔｎｅｙ?Ｓ?ＳｈａｒｐＷ等人利用视觉的方法识别降落平台，通过识别结果实现定??位，利用位置信息控制无人机降落，针对识别精度进行了研宄，提高了降落的效果，??该团队属于加州伯克利分校。??■■■■■??图１－３加州伯克利分校直升机降落??葡萄牙Ｍｏｒａｉｓ?Ｆ等人针对海上无人机移动降落系统⑴进行了设计与研究。通??过机载ＲＧＢ摄像头对船舰上的标志进行跟踪，使用ＫＦ和ＥＰｎＰ的方法对无人机??和船舰上的引导标志的相对位置和姿态估计进行计算，采用光流算法得到飞行速??度，完成最终的着陆过程。??在旋翼无人机定位方面，在?２０１２?年，Ｒｏｂｅｒｔ?Ｍａｈｏｎｙ，Ｖｉｊａｙ?Ｋｕｍａｒ，?ａｎｄ?Ｐｅｔｅｒ??ＣｏｒｋｅＷ等人提出了－种旋翼无人机室内的定位的方案，基于光学感知与实时捕捉，??实时获取对旋翼无人机进行空间定位，在无人机上设置红外感应点，基于多目测量??的方式，计算旋翼无人机在识别空间的三维坐标信息，此方案定位精度很高，是一??款性能优异的室内旋翼无人机定位系统，如图】－４。??３??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RBF神经网络与Markov组合的飞行风险预测研究[J]. 杨梓鑫,薛源,徐浩军,王国智. 系统工程理论与实践. 2019(08)
[2]基于皮尔逊相关系数的海南省地闪密度与雷击故障关系分析[J]. 赵海龙,张丹丹,黄松,莫石,魏浩. 高压电器. 2019(08)
[3]自抗扰技术在激光导引头视轴稳定中的应用[J]. 罗国库,董全林,孙美林,贾志军,刘丽国. 航空兵器. 2019(02)
[4]基于前馈PID和LADRC串级控制的四旋翼导航方法[J]. 马娅婕,刘国庆,卢少武. 高技术通讯. 2019(02)
[5]风扰条件下四旋翼无人机智能控制算法的设计与仿真[J]. 肖长诗,毛贻汉,元海文,文元桥. 计算机科学. 2018(05)
[6]四旋翼飞行器自抗扰姿态控制[J]. 刘敏,吉月辉,李俊芳,高强. 计算机仿真. 2016(03)
[7]自抗扰控制思想探究[J]. 高志强. 控制理论与应用. 2013(12)
[8]RBF神经网络在岩爆预测中的应用[J]. 张德永,王玉洲,张志豪. 土工基础. 2013(05)
[9]基于ARM处理器的四旋翼无人机自主控制系统研究[J]. 张垚,鲜斌,殷强,刘洋,王福. 中国科学技术大学学报. 2012(09)
[10]基于互补滤波器的四旋翼飞行器姿态解算[J]. 梁延德,程敏,何福本,李航. 传感器与微系统. 2011(11)
硕士论文
[1]基于双目视觉的三维重建技术研究[D]. 杨顺波.湖南工业大学 2019
[2]基于改进SIFT的目标实时跟踪算法[D]. 胡跃.北京邮电大学 2019
[3]基于多传感器融合的舰载无人机自动着舰技术的研究[D]. 程隽逸.华东理工大学 2019
[4]基于视觉的无人机目标检测跟踪与自主降落技术研究[D]. 刘玉盼.华中科技大学 2019
[5]微型四旋翼无人机的鲁棒飞行控制技术研究[D]. 李潇然.南京航空航天大学 2017
[6]基于神经网络的无人机动态逆自主飞行控制系统研究[D]. 尹彦清.南京航空航天大学 2011
本文编号：3300030
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１南加州大学直升机??２０１４年Ｗｅｉｗｅｉ?Ｋｏｎｇ等人提出了一种在地面架设摄像机云台单元的方案，采??
山东大学硕士学位论文??视觉识别标志进行定位和跟踪，实现了跟踪移动平台（使二者保持相对位置不变）??和自主着陆的功能，如图１－２。??ｌｌＡｌｒ湯丨．以??丨?１?．．．?Ｉ?？?｜?．１??图１－２移动平台降落??Ｃｏｕｒｔｎｅｙ?Ｓ?ＳｈａｒｐＷ等人利用视觉的方法识别降落平台，通过识别结果实现定??位，利用位置信息控制无人机降落，针对识别精度进行了研宄，提高了降落的效果，??该团队属于加州伯克利分校。??■■■■■??图１－３加州伯克利分校直升机降落??葡萄牙Ｍｏｒａｉｓ?Ｆ等人针对海上无人机移动降落系统⑴进行了设计与研究。通??过机载ＲＧＢ摄像头对船舰上的标志进行跟踪，使用ＫＦ和ＥＰｎＰ的方法对无人机??和船舰上的引导标志的相对位置和姿态估计进行计算，采用光流算法得到飞行速??度，完成最终的着陆过程。??在旋翼无人机定位方面，在?２０１２?年，Ｒｏｂｅｒｔ?Ｍａｈｏｎｙ，Ｖｉｊａｙ?Ｋｕｍａｒ，?ａｎｄ?Ｐｅｔｅｒ??ＣｏｒｋｅＷ等人提出了－种旋翼无人机室内的定位的方案，基于光学感知与实时捕捉，??实时获取对旋翼无人机进行空间定位，在无人机上设置红外感应点，基于多目测量??的方式，计算旋翼无人机在识别空间的三维坐标信息，此方案定位精度很高，是一??款性能优异的室内旋翼无人机定位系统，如图】－４。??３??
山东大学硕士学位论文??视觉识别标志进行定位和跟踪，实现了跟踪移动平台（使二者保持相对位置不变）??和自主着陆的功能，如图１－２。??ｌｌＡｌｒ湯丨．以??丨?１?．．．?Ｉ?？?｜?．１??图１－２移动平台降落??Ｃｏｕｒｔｎｅｙ?Ｓ?ＳｈａｒｐＷ等人利用视觉的方法识别降落平台，通过识别结果实现定??位，利用位置信息控制无人机降落，针对识别精度进行了研宄，提高了降落的效果，??该团队属于加州伯克利分校。??■■■■■??图１－３加州伯克利分校直升机降落??葡萄牙Ｍｏｒａｉｓ?Ｆ等人针对海上无人机移动降落系统⑴进行了设计与研究。通??过机载ＲＧＢ摄像头对船舰上的标志进行跟踪，使用ＫＦ和ＥＰｎＰ的方法对无人机??和船舰上的引导标志的相对位置和姿态估计进行计算，采用光流算法得到飞行速??度，完成最终的着陆过程。??在旋翼无人机定位方面，在?２０１２?年，Ｒｏｂｅｒｔ?Ｍａｈｏｎｙ，Ｖｉｊａｙ?Ｋｕｍａｒ，?ａｎｄ?Ｐｅｔｅｒ??ＣｏｒｋｅＷ等人提出了－种旋翼无人机室内的定位的方案，基于光学感知与实时捕捉，??实时获取对旋翼无人机进行空间定位，在无人机上设置红外感应点，基于多目测量??的方式，计算旋翼无人机在识别空间的三维坐标信息，此方案定位精度很高，是一??款性能优异的室内旋翼无人机定位系统，如图】－４。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RBF神经网络与Markov组合的飞行风险预测研究[J]. 杨梓鑫,薛源,徐浩军,王国智. 系统工程理论与实践. 2019(08)
[2]基于皮尔逊相关系数的海南省地闪密度与雷击故障关系分析[J]. 赵海龙,张丹丹,黄松,莫石,魏浩. 高压电器. 2019(08)
[3]自抗扰技术在激光导引头视轴稳定中的应用[J]. 罗国库,董全林,孙美林,贾志军,刘丽国. 航空兵器. 2019(02)
[4]基于前馈PID和LADRC串级控制的四旋翼导航方法[J]. 马娅婕,刘国庆,卢少武. 高技术通讯. 2019(02)
[5]风扰条件下四旋翼无人机智能控制算法的设计与仿真[J]. 肖长诗,毛贻汉,元海文,文元桥. 计算机科学. 2018(05)
[6]四旋翼飞行器自抗扰姿态控制[J]. 刘敏,吉月辉,李俊芳,高强. 计算机仿真. 2016(03)
[7]自抗扰控制思想探究[J]. 高志强. 控制理论与应用. 2013(12)
[8]RBF神经网络在岩爆预测中的应用[J]. 张德永,王玉洲,张志豪. 土工基础. 2013(05)
[9]基于ARM处理器的四旋翼无人机自主控制系统研究[J]. 张垚,鲜斌,殷强,刘洋,王福. 中国科学技术大学学报. 2012(09)
[10]基于互补滤波器的四旋翼飞行器姿态解算[J]. 梁延德,程敏,何福本,李航. 传感器与微系统. 2011(11)
硕士论文
[1]基于双目视觉的三维重建技术研究[D]. 杨顺波.湖南工业大学 2019
[2]基于改进SIFT的目标实时跟踪算法[D]. 胡跃.北京邮电大学 2019
[3]基于多传感器融合的舰载无人机自动着舰技术的研究[D]. 程隽逸.华东理工大学 2019
[4]基于视觉的无人机目标检测跟踪与自主降落技术研究[D]. 刘玉盼.华中科技大学 2019
[5]微型四旋翼无人机的鲁棒飞行控制技术研究[D]. 李潇然.南京航空航天大学 2017
[6]基于神经网络的无人机动态逆自主飞行控制系统研究[D]. 尹彦清.南京航空航天大学 2011
本文编号：3300030
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