基于视觉导航的四旋翼无人机自主着降控制研究
发布时间：2022-07-19 14:59
随着旋翼无人机应用范围的增大,市场对无人机自主飞行能力的要求也进一步提高。本文以四旋翼无人机为实验平台,以提高无人机自主飞行能力为目标,围绕视觉导引跟踪与自主着降,设计了一套基于视觉的四旋翼无人机目标跟踪及自主着降控制系统。首先,研究分析四旋翼无人机的数学模型、飞行原理及控制系统,确定视觉导引控制器的设计思路;在明确系统的功能及非功能需求的基础上,设计控制系统总体结构,并以模块化的思想完成了系统硬件平台各模块的设计与选型。其次,结合目标标志的特征信息,重点研究了基于特定目标的自主识别策略与视觉跟踪算法;针对视觉跟踪算法在相似颜色干扰及目标被遮挡的情况下,不能稳定地提供准确的视觉导引信号的问题,提出了相应的优化方法;在系统硬件的基础上进行软件实现,完成了目标特征标志自主识别与跟踪的软件开发,并在实际环境下完成了软件功能的测试。然后,设计了视觉导航模块与四旋翼无人机之间的通讯软件;在建立系统通讯的基础上,提出了视觉导引信号的解算方法及无人机自主着降策略;研究飞控程序,并完成了无人机视觉跟踪飞行模式及自主着降模式的软件设计;为进一步提高无人机自主飞行的能力,在视觉跟踪飞行模式中加入了一键式起...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文研究内容
第二章 四旋翼无人机视觉导航与着降系统总体设计与硬件选型
2.1 四旋翼无人机模型分析及控制系统设计
2.1.1 四旋翼无人机模型分析
2.1.2 四旋翼无人机飞行原理与控制系统设计
2.2 系统总体结构设计及硬件选型
2.2.1 系统总体结构
2.2.2 飞行控制器硬件选型
2.2.3 视觉导航模块硬件选型
2.2.4 无线通信模块及测距模块硬件选型
2.2.5 执行机构硬件选型及电源设计
2.3 本章小结
第三章 基于视觉的特定目标自主识别及跟踪算法的研究与实现
3.1 目标特征标志自主识别软件设计
3.1.1 摄像机成像模型
3.1.2 图像畸变校正
3.1.3 图像预处理
3.1.4 阈值化
3.1.5 形态学处理
3.1.6 轮廓的检测与筛选
3.2 基于特定目标的视觉跟踪算法研究与实现
3.2.1 视觉跟踪算法基本原理
3.2.2 视觉跟踪算法的优化策略
3.3 本章小结
第四章 四旋翼无人机视觉导引及自主着降策略设计与实现
4.1 视觉导航模块与飞行控制器通讯软件设计
4.2 四旋翼无人机视觉导引策略的设计与实现
4.2.1 视觉导引信号的解算
4.2.2 四旋翼无人机视觉导引控制器设计与软件实现
4.3 四旋翼无人机自主着降策略的设计与实现
4.3.1 自主着降策略设计
4.3.2 自主着降模式软件实现
4.4 自主起飞功能软件设计与基本飞行模式介绍
4.4.1 自主起飞功能程序设计
4.4.2 基本飞行模式介绍
4.5 本章小结
第五章 四旋翼无人机目标跟踪与自主着降飞行验证及分析
5.1 四旋翼无人机视觉跟踪飞行实验及分析
5.1.1 一键式起飞功能实验及分析
5.1.2 运动目标跟踪飞行实验及分析
5.2 四旋翼无人机自主着降飞行实验及分析
5.2.1 在静态目标物上自主着降实验及分析
5.2.2 在运动目标物上自主着降实验及分析
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 后续研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂背景及遮挡条件下的运动目标跟踪[J]. 许晓航,肖刚,云霄,谢金华. 光电工程. 2013(01)
[2]Hu不变矩的构造与推广[J]. 张伟,何金国. 计算机应用. 2010(09)
[3]CCD图像传感器原理[J]. 周红平. 中国新技术新产品. 2009(20)
[4]一种有选择的图像灰度化方法[J]. 周金和,彭福堂. 计算机工程. 2006(20)
[5]提取二维图像特征点阈值的自动确定[J]. 管业鹏,顾伟康. 控制理论与应用. 2005(03)
[6]基于双圆特征的无人机着陆位置姿态视觉测量方法[J]. 张广军,周富强. 航空学报. 2005(03)
[7]摄像机镜头非线性畸变校正方法综述[J]. 杨必武,郭晓松. 中国图象图形学报. 2005(03)
[8]国外卫星导航定位技术发展现状与趋势[J]. 石卫平. 航天控制. 2004(04)
[9]基于目标特征的图像预处理技术[J]. 汪哲慎,李翠华. 厦门大学学报(自然科学版). 2004(04)
[10]图像阈值选取方法——Otsu方法的推广[J]. 付忠良. 计算机应用. 2000(05)
博士论文
[1]基于视觉的微小型无人直升机位姿估计与目标跟踪研究[D]. 徐伟杰.浙江大学 2012
[2]基于数学形态学的医学图像处理理论与方法研究[D]. 赵于前.中南大学 2006
硕士论文
[1]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
[2]基于视觉导航小型无人机自主着陆控制策略研究与应用[D]. 刘刚.南京航空航天大学 2014
[3]基于数学形态学全局图像处理的室内导航系统路径规划[D]. 王剑.燕山大学 2013
[4]图像畸变校正系统及其工程应用[D]. 刘宾武.郑州大学 2013
[5]无人驾驶直升飞机自主着舰视觉导引关键技术研究[D]. 郭通情.电子科技大学 2013
[6]四旋翼无人直升机先进飞行控制方法及实现研究[D]. 陈琦.南京航空航天大学 2013
[7]基于视觉的无人直升机着落导航技术研究[D]. 陈丽娟.南京航空航天大学 2013
[8]基于视觉的无人直升机地标跟踪及着陆研究[D]. 余程.哈尔滨工程大学 2013
[9]基于OpenCV的广角镜头畸变校正及图像拼接算法研究[D]. 李美静.长春工业大学 2012
[10]广角摄像头视频图像实时校正系统设计[D]. 汤旭涛.华东师范大学 2010
本文编号：3663628
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文研究内容
第二章 四旋翼无人机视觉导航与着降系统总体设计与硬件选型
2.1 四旋翼无人机模型分析及控制系统设计
2.1.1 四旋翼无人机模型分析
2.1.2 四旋翼无人机飞行原理与控制系统设计
2.2 系统总体结构设计及硬件选型
2.2.1 系统总体结构
2.2.2 飞行控制器硬件选型
2.2.3 视觉导航模块硬件选型
2.2.4 无线通信模块及测距模块硬件选型
2.2.5 执行机构硬件选型及电源设计
2.3 本章小结
第三章 基于视觉的特定目标自主识别及跟踪算法的研究与实现
3.1 目标特征标志自主识别软件设计
3.1.1 摄像机成像模型
3.1.2 图像畸变校正
3.1.3 图像预处理
3.1.4 阈值化
3.1.5 形态学处理
3.1.6 轮廓的检测与筛选
3.2 基于特定目标的视觉跟踪算法研究与实现
3.2.1 视觉跟踪算法基本原理
3.2.2 视觉跟踪算法的优化策略
3.3 本章小结
第四章 四旋翼无人机视觉导引及自主着降策略设计与实现
4.1 视觉导航模块与飞行控制器通讯软件设计
4.2 四旋翼无人机视觉导引策略的设计与实现
4.2.1 视觉导引信号的解算
4.2.2 四旋翼无人机视觉导引控制器设计与软件实现
4.3 四旋翼无人机自主着降策略的设计与实现
4.3.1 自主着降策略设计
4.3.2 自主着降模式软件实现
4.4 自主起飞功能软件设计与基本飞行模式介绍
4.4.1 自主起飞功能程序设计
4.4.2 基本飞行模式介绍
4.5 本章小结
第五章 四旋翼无人机目标跟踪与自主着降飞行验证及分析
5.1 四旋翼无人机视觉跟踪飞行实验及分析
5.1.1 一键式起飞功能实验及分析
5.1.2 运动目标跟踪飞行实验及分析
5.2 四旋翼无人机自主着降飞行实验及分析
5.2.1 在静态目标物上自主着降实验及分析
5.2.2 在运动目标物上自主着降实验及分析
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 后续研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂背景及遮挡条件下的运动目标跟踪[J]. 许晓航,肖刚,云霄,谢金华. 光电工程. 2013(01)
[2]Hu不变矩的构造与推广[J]. 张伟,何金国. 计算机应用. 2010(09)
[3]CCD图像传感器原理[J]. 周红平. 中国新技术新产品. 2009(20)
[4]一种有选择的图像灰度化方法[J]. 周金和,彭福堂. 计算机工程. 2006(20)
[5]提取二维图像特征点阈值的自动确定[J]. 管业鹏,顾伟康. 控制理论与应用. 2005(03)
[6]基于双圆特征的无人机着陆位置姿态视觉测量方法[J]. 张广军,周富强. 航空学报. 2005(03)
[7]摄像机镜头非线性畸变校正方法综述[J]. 杨必武,郭晓松. 中国图象图形学报. 2005(03)
[8]国外卫星导航定位技术发展现状与趋势[J]. 石卫平. 航天控制. 2004(04)
[9]基于目标特征的图像预处理技术[J]. 汪哲慎,李翠华. 厦门大学学报(自然科学版). 2004(04)
[10]图像阈值选取方法——Otsu方法的推广[J]. 付忠良. 计算机应用. 2000(05)
博士论文
[1]基于视觉的微小型无人直升机位姿估计与目标跟踪研究[D]. 徐伟杰.浙江大学 2012
[2]基于数学形态学的医学图像处理理论与方法研究[D]. 赵于前.中南大学 2006
硕士论文
[1]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
[2]基于视觉导航小型无人机自主着陆控制策略研究与应用[D]. 刘刚.南京航空航天大学 2014
[3]基于数学形态学全局图像处理的室内导航系统路径规划[D]. 王剑.燕山大学 2013
[4]图像畸变校正系统及其工程应用[D]. 刘宾武.郑州大学 2013
[5]无人驾驶直升飞机自主着舰视觉导引关键技术研究[D]. 郭通情.电子科技大学 2013
[6]四旋翼无人直升机先进飞行控制方法及实现研究[D]. 陈琦.南京航空航天大学 2013
[7]基于视觉的无人直升机着落导航技术研究[D]. 陈丽娟.南京航空航天大学 2013
[8]基于视觉的无人直升机地标跟踪及着陆研究[D]. 余程.哈尔滨工程大学 2013
[9]基于OpenCV的广角镜头畸变校正及图像拼接算法研究[D]. 李美静.长春工业大学 2012
[10]广角摄像头视频图像实时校正系统设计[D]. 汤旭涛.华东师范大学 2010
本文编号：3663628
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