四旋翼无人机精准测高与避障策略研究
发布时间：2021-10-29 20:32
近年来,多旋翼无人机由于自身灵活、成本低、控制简单,应用范围也越来越广泛,其在航拍、植保、电力巡检、目标跟踪等领域都有巨大的应用价值与研究价值,而这些都对无人机导航、避障、路径规划也逐渐做出了一定的要求。如何让无人机面对各种复杂情况,做出自动规避障碍物与自主飞行的动作并且还可以保持自身的高度是保障无人机安全执行任务的关键。本文以四旋翼无人机的精准测高策略以及避障策略为研究主题进行了深入研究:（1）本文简单介绍了无人机的基本组成、飞行原理,分析了其受力情况,为了实现四旋翼无人机的各种功能,推导并建立的四旋翼无人机的动力学模型。同时,介绍了Pixhawk飞行控制器以及与机载计算机组合实现四旋翼无人机更加复杂的功能的相关知识。（2）针对四旋翼无人机的精准测高策略,分析了二步延迟时空算法存在的一些问题,并在此基础上改进了二步延迟时空算法,并结合卡尔曼滤波,提出了一种多传感器信息融合的精准测高的策略;针对四旋翼无人机的避障策略,分析了VFH系列算法存在的优势以及问题,并在基础上提出了新的障碍物表示模型以及避障方向选择的策略。（3）针对本文提出的旋翼无人机的精准测高与避障策略,利用ROS与Gaze...
【文章来源】：西华师范大学四川省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 多传感器信息融合测高技术研究现状
1.2.2 无人机相关避障算法研究现状
1.3 研究内容及章节安排
第2章 四旋翼无人机相关技术
2.1 四旋翼无人机的基本组成
2.2 四旋翼无人机飞行原理
2.3 导航坐标系
2.3.1 地面NED坐标系
2.3.2 机载NED坐标系
2.3.3 欧拉角
2.3.4 坐标变换
2.4 动力学模型
2.4.1 位置方程
2.4.2 姿态方程
2.5 飞行控制系统相关技术
2.5.1 Pixhawk
2.5.1.1 Nuttx操作系统
2.5.1.2 PX4中间件
2.5.1.3 PX4飞行控制栈
2.5.1.4 MAVLINK协议
2.5.1.5 PX4 offboard模式
2.6 机载计算机及相关技术
2.6.1 常用机载计算机
2.6.1.1 Jetson TX2
2.6.1.2 树莓派
2.6.2 机器人操作系统
2.7 地面站
2.7.1 Mission Planer
2.7.2 QGround Control
2.8 本章小结
第3章 四旋翼无人机精准测高策略研究
3.1 数据采集模块
3.1.1 气压计
3.1.2 超声波
3.1.3 加速度计
3.2 多传感器信息融合算法实现模块
3.2.1 改进二步延迟时空融合算法
3.2.2 卡尔曼滤波
3.2.3 多传感器信息融合模型
3.2.4 数值检错
3.2.5 第一层融合
3.2.6 第二层融合
3.3 本章小结
第4章 四旋翼无人机避障策略研究
4.1 数据采集模块
4.1.1 激光雷达
4.2 VFH算法分析
4.3 自适应方向选择算法
4.3.1 可通行区域分析
4.3.2 障碍物分析
4.3.3 障碍物识别
4.3.4 可通行方向分析
4.3.5 避障方向选择
4.4 本章小结
第5章 实验设计与分析
5.1 仿真环境搭建
5.2 仿真方案整体设计
5.3 四旋翼无人机仿真实验与分析
5.3.1 四旋翼无人机的软件在环仿真
5.3.2 四旋翼无人机定高飞行仿真
5.3.3 四旋翼无人机避障仿真实验与分析
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PIXHAWK的飞行控制系统设计[J]. 白祥,崔广军,赵海彬. 南方农机. 2019(11)
[2]基于容错卡尔曼滤波的校验无人机精确测高法[J]. 胡丹丹,顾圆,高庆吉. 中国民航大学学报. 2019(03)
[3]基于激光雷达信息的无人机避障控制研究[J]. 王海群,王水满,张怡. 激光杂志. 2019(12)
[4]基于树莓派和Pixhawk的多旋翼无人机自主着陆系统的研究[J]. 鲁青青,宋志强,陈豪. 电脑知识与技术. 2019(13)
[5]基于Pixhawk的无人机室内通道自主避障研究[J]. 杨旗,崔玉博,陈杰,王家楠. 内燃机与配件. 2019(07)
[6]面向无人车运动规划问题的VFH算法[J]. 屈盼让,薛建儒,朱耀国,肖鹏. 计算机仿真. 2018(12)
[7]一种针对VFH系列算法阈值敏感问题的改进策略[J]. 庄宇辉,赵成萍,严华. 四川大学学报(自然科学版). 2018(05)
[8]四旋翼无人机动力学分析[J]. 张怡萍,时涵. 科技经济导刊. 2018(19)
[9]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)
[10]基于Pixhawk的四旋翼无人机视觉自定位系统研究[J]. 邱鹏瑞,袁希平,甘淑,张海涛,容会. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
博士论文
[1]无人飞行器自主检测与避障技术研究[D]. 朱立华.东南大学 2016
硕士论文
[1]无人机行驶过程中障碍物检测及避障处理研究[D]. 唐博文.广西科技大学 2019
[2]基于ROS的机器人路径导航系统的设计与实现[D]. 王辉.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2019
[3]基于PX4的地面无人车避障系统及路径规划研究[D]. 姜琼阁.北方工业大学 2019
[4]基于视觉的四旋翼无人机室内自主导航系统的研究与实现[D]. 张鹏.电子科技大学 2019
[5]多旋翼无人机的自主避障、目标跟踪及自主导航定位研究[D]. 袁瑞廷.南京航空航天大学 2019
[6]基于毫米波雷达与单目视觉融合的无人机自主避障系统[D]. 陈洪攀.西安电子科技大学 2018
[7]基于RealSense的无人机避障算法的设计与实现[D]. 王锐.北京工业大学 2018
[8]基于视觉的四轴飞行器自主避障系统的研究与实现[D]. 闫晓东.电子科技大学 2018
[9]全方位移动机器人障碍感知与避障策略研究[D]. 张永超.东北林业大学 2018
[10]基于Pixhawk的植保无人机控制系统研究[D]. 蒋彪.湖北工业大学 2017
本文编号：3465347
【文章来源】：西华师范大学四川省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 多传感器信息融合测高技术研究现状
1.2.2 无人机相关避障算法研究现状
1.3 研究内容及章节安排
第2章 四旋翼无人机相关技术
2.1 四旋翼无人机的基本组成
2.2 四旋翼无人机飞行原理
2.3 导航坐标系
2.3.1 地面NED坐标系
2.3.2 机载NED坐标系
2.3.3 欧拉角
2.3.4 坐标变换
2.4 动力学模型
2.4.1 位置方程
2.4.2 姿态方程
2.5 飞行控制系统相关技术
2.5.1 Pixhawk
2.5.1.1 Nuttx操作系统
2.5.1.2 PX4中间件
2.5.1.3 PX4飞行控制栈
2.5.1.4 MAVLINK协议
2.5.1.5 PX4 offboard模式
2.6 机载计算机及相关技术
2.6.1 常用机载计算机
2.6.1.1 Jetson TX2
2.6.1.2 树莓派
2.6.2 机器人操作系统
2.7 地面站
2.7.1 Mission Planer
2.7.2 QGround Control
2.8 本章小结
第3章 四旋翼无人机精准测高策略研究
3.1 数据采集模块
3.1.1 气压计
3.1.2 超声波
3.1.3 加速度计
3.2 多传感器信息融合算法实现模块
3.2.1 改进二步延迟时空融合算法
3.2.2 卡尔曼滤波
3.2.3 多传感器信息融合模型
3.2.4 数值检错
3.2.5 第一层融合
3.2.6 第二层融合
3.3 本章小结
第4章 四旋翼无人机避障策略研究
4.1 数据采集模块
4.1.1 激光雷达
4.2 VFH算法分析
4.3 自适应方向选择算法
4.3.1 可通行区域分析
4.3.2 障碍物分析
4.3.3 障碍物识别
4.3.4 可通行方向分析
4.3.5 避障方向选择
4.4 本章小结
第5章 实验设计与分析
5.1 仿真环境搭建
5.2 仿真方案整体设计
5.3 四旋翼无人机仿真实验与分析
5.3.1 四旋翼无人机的软件在环仿真
5.3.2 四旋翼无人机定高飞行仿真
5.3.3 四旋翼无人机避障仿真实验与分析
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PIXHAWK的飞行控制系统设计[J]. 白祥,崔广军,赵海彬. 南方农机. 2019(11)
[2]基于容错卡尔曼滤波的校验无人机精确测高法[J]. 胡丹丹,顾圆,高庆吉. 中国民航大学学报. 2019(03)
[3]基于激光雷达信息的无人机避障控制研究[J]. 王海群,王水满,张怡. 激光杂志. 2019(12)
[4]基于树莓派和Pixhawk的多旋翼无人机自主着陆系统的研究[J]. 鲁青青,宋志强,陈豪. 电脑知识与技术. 2019(13)
[5]基于Pixhawk的无人机室内通道自主避障研究[J]. 杨旗,崔玉博,陈杰,王家楠. 内燃机与配件. 2019(07)
[6]面向无人车运动规划问题的VFH算法[J]. 屈盼让,薛建儒,朱耀国,肖鹏. 计算机仿真. 2018(12)
[7]一种针对VFH系列算法阈值敏感问题的改进策略[J]. 庄宇辉,赵成萍,严华. 四川大学学报(自然科学版). 2018(05)
[8]四旋翼无人机动力学分析[J]. 张怡萍,时涵. 科技经济导刊. 2018(19)
[9]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)
[10]基于Pixhawk的四旋翼无人机视觉自定位系统研究[J]. 邱鹏瑞,袁希平,甘淑,张海涛,容会. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
博士论文
[1]无人飞行器自主检测与避障技术研究[D]. 朱立华.东南大学 2016
硕士论文
[1]无人机行驶过程中障碍物检测及避障处理研究[D]. 唐博文.广西科技大学 2019
[2]基于ROS的机器人路径导航系统的设计与实现[D]. 王辉.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2019
[3]基于PX4的地面无人车避障系统及路径规划研究[D]. 姜琼阁.北方工业大学 2019
[4]基于视觉的四旋翼无人机室内自主导航系统的研究与实现[D]. 张鹏.电子科技大学 2019
[5]多旋翼无人机的自主避障、目标跟踪及自主导航定位研究[D]. 袁瑞廷.南京航空航天大学 2019
[6]基于毫米波雷达与单目视觉融合的无人机自主避障系统[D]. 陈洪攀.西安电子科技大学 2018
[7]基于RealSense的无人机避障算法的设计与实现[D]. 王锐.北京工业大学 2018
[8]基于视觉的四轴飞行器自主避障系统的研究与实现[D]. 闫晓东.电子科技大学 2018
[9]全方位移动机器人障碍感知与避障策略研究[D]. 张永超.东北林业大学 2018
[10]基于Pixhawk的植保无人机控制系统研究[D]. 蒋彪.湖北工业大学 2017
本文编号：3465347
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3465347.html
