四轴飞行器路径规划及目标识别技术研究

发布时间：2023-04-03 03:59

　　四旋翼无人机由于其体积小、结构简单、用途广泛,开始逐渐融入到大众生活中,并且逐步成为无人机领域关注和研究的重点。尤其是在无人机探索未知领域方面,无人机有越来越多的应用,例如四旋翼飞行器可以携带摄像头和激光雷达,方便的到达指定地点,进行目标探测。并且,无人机有其自身的优势,例如机械结构和控制理论简单、制造成本低等特点,有利于无人机在各个领域的推广。本文主要内容是设计完成飞行器控制方法、路径规划以及障碍物识别的研究,经过实验验证,采用的方法可以完成该任务。首先,本文介绍无人机在国内外的研究现状,总结国内外学者研究进展,对路径规划常用的RRT算法和目标识别算法进展进行了详细的描述。然后,本文针对飞行器建模,包括飞行器高度控制、Roll角控制、Pitch角控制、Yaw角控制,介绍飞行器目前流行的动力学建模方法,包括欧拉角法和四元数法,以及两种方法之间的角度转换关系。其次,本文介绍了RRT路径规划算法基本原理和参数设置,研究了不同步长和碰撞半径对算法运行时间和最优路径的影响,并得到了二维空间和三维空间下的最优路径。再次,算法路径规划结束后,需要对路径规划进行平滑性处理才可以达到飞行要求。因此,本...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究意义及背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 路径规划研究现状
        1.2.2 路径平滑研究现状
        1.2.3 车辆图像识别研究现状
    1.3 论文结构
    1.4 本章总结
第2章 四轴飞行器建模
    2.1 四轴飞行器飞行原理
        2.1.1 高度控制
        2.1.2 Roll角控控制
        2.1.3 Pitch角度控制
        2.1.4 Yaw角度控制
    2.2 四轴飞行器运动学和动力学建模
        2.2.1 欧拉角
        2.2.2 四元数
    2.3 欧拉角和四元数映射关系
    2.4 本章总结
第3章 RRT路径规划算法
    3.1 基本RRT算法介绍
    3.2 RRT算法步长阈值
        3.2.1 二维空间步长设置
        3.2.2 三维空间步长设置
    3.3 RRT算法碰撞半径
        3.3.1 二维空间碰撞半径设置
        3.3.2 三维空间碰撞半径设置
    3.4 本章总结
第4章 四轴飞行器路径平滑
    4.1 梯度下降法原理介绍
    4.2 基于多项式方法的轨迹拟合
        4.2.1 总时间不变调整
        4.2.2 总时间改变调整
    4.3 四轴飞行器理论路径仿真
    4.4 实验仿真
    4.5 本章总结
第5章 四轴飞行器目标识别技术研究
    5.1 障碍物识别与坐标判断
    5.2 PASCAL3D+数据集
    5.3 方位角设计
    5.4 神经网络架构——YOLO v3
        5.4.1 神经网络隐藏层的设计
        5.4.2 特征图的设计
    5.5 训练结果测试
    5.6 验证图像识别正确性对比
    5.7 本章小结
第6章 论文总结和展望
    6.1 主要工作和成果
    6.2 本文主要创新点
    6.3 研究展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢



本文编号：3780614