四旋翼无人机视觉导航与轨迹跟踪

发布时间：2023-02-13 18:34

　　随着计算机硬件技术和软件算法不断发展,四旋翼无人机在民用以及军事应用中扮演着越来越重要的角色,传统的导航手段和常规的控制方法已经无法满足四旋翼无人机日益复杂的任务需求。因此本文将从四旋翼无人机视觉导航算法和轨迹跟踪控制算法两个方面展开研究。本文分析了四旋翼无人机飞行机理,介绍了坐标系定义并推导了基于欧拉角和四元数的坐标变换方程,建立了四旋翼运动学和动力学模型;针对基于欧拉角模型中由位置环反解算期望欧拉角计算复杂并容易出现饱和的情况,提出的基于四元数无人机模型可以将位置环得到的期望加速度通过几何变换转化为期望的姿态四元数,简化了四旋翼无人机系统模型方程,为四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统设计建立了模型基础;同时设计了无人机视觉导航系统。针对四旋翼无人机GPS导航手段无法在信号被遮挡时精确定位问题,设计了基于L-K光流法目标检测算法,实现了对动态目标的检测;同时本文对目标跟踪算法进行了研究,介绍了Meanshift算法的原理,在此基础上实现了Camshift目标跟踪算法;针对传统Camshift算法在复杂环境背景下有相似颜色特征物体干扰,提出融合Kalman滤波的Camshift算法,避免了由...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 视觉检测与跟踪技术
        1.2.2 四旋翼无人机控制方法
    1.3 主要研究内容与结构安排
        1.3.1 本文的研究内容
        1.3.2 本文的组织结构
第2章 四旋翼无人机数学建模
    2.1 引言
    2.2 四旋翼无人机工作原理分析
    2.3 四旋翼无人机的动力学模型建立及分析
        2.3.1 坐标系定义及姿态描述
        2.3.2 四旋翼无人机动力学模型
    2.4 视觉导航系统设计
    2.5 本章小结
第3章 视觉导航算法设计
    3.1 引言
    3.2 基于L-K光流法的运动检测
    3.3 Camshift目标跟踪算法
        3.3.1 Meanshift算法原理
        3.3.2 Camshift算法原理
        3.3.3 融合Kalman滤波的Camshift算法实现
        3.3.4 实验结果
    3.4 本章小结
第4章 四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统设计
    4.1 引言
    4.2 自抗扰控制器原理
    4.3 基于自抗扰的四旋翼姿态解耦控制器设计
        4.3.1 姿态自抗扰控制器设计
        4.3.2 数值仿真分析
    4.4 基于非线性模型的控制器设计
        4.4.1 位置环PD控制器设计
        4.4.2 姿态环线性自抗扰控制器设计
        4.4.3 数值仿真分析
    4.5 本章小结
第5章 系统平台搭建与飞行实验
    5.1 引言
    5.2 系统平台设计
        5.2.1 硬件平台
        5.2.2 软件架构
    5.3 四旋翼无人机实际飞行测试
        5.3.1 轨迹跟踪实验
        5.3.2 光流悬停实验
        5.3.3 目标跟踪实验
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3742091