搭载单目视觉的无人机对地面移动机器人的自主跟踪与降落方法研究

发布时间：2024-12-22 06:22

　　计算机视觉是无人机应用中的重要辅助技术,在军事侦测、警务巡逻、航空拍摄、电力巡检等无人机应用领域中均有其广泛的运用。该技术具有感知信息量大、独立性高、实时性好等优点,能够协助无人机获取丰富的外界信息,帮助无人机更高效、更精确地运行,因此利用视觉技术辅助导航的无人机系统研究具有重要意义。无人机执行任务时,可以分为参照任务路径的自主飞行和任务完成后的自主降落两个子任务,这两个子任务中,视觉辅助技术的引入大大提高了无人机的飞行性能。本文针对搭载单目视觉的无人机对地面移动机器人的自主跟踪与降落问题展开研究,主要内容如下:首先,搭建无人机搭载单目相机对地面移动机器人的自主跟踪与降落任务系统。选用DJIM100无人机为飞行平台,辅助有GPS、Guidance等传感器。使用Nomachine软件作为机载电脑与地面站电脑的数据联接桥梁对无人机进行控制。利用张氏标定法完成无人机上单目相机的标定,获得单目相机内参并对单目相机的图像畸变进行校正,帮助后续图像处理算法获得更加准确的计算效果。其次,对无人机进行简单的物理建模,分析无人机各种飞行状态的控制原理。推导常用无人机坐标系之间的转换,用以解决GPS信号在无...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 四旋翼无人机的研究现状
        1.2.2 无人机利用视觉技术实现的自主跟踪与降落研究现状
    1.3 论文的主要内容
    1.4 本文的结构安排
第二章 系统软硬件搭建与相机标定
    2.1 任务系统硬件框架
        2.1.1 飞行平台简介
        2.1.2 地面移动机器人平台
        2.1.3 无人机地面站监控
        2.1.4 数据传输模块
        2.1.5 单目摄像机选用
    2.2 单目相机标定
    2.3 系统软件开发平台
        2.3.1 ROS操作系统
        2.3.2 M100软件开发平台
    2.4 本章小结
第三章 无人机自主飞行控制研究
    3.1 无人机物理建模与飞行状态分析
    3.2 无人机坐标系定义及转换
    3.3 无人机自主控制系统实现
        3.3.1 无人机自主飞行的软件实现
        3.3.2 无人机自主飞行实验及结果
    3.4 本章小结
第四章 无人机对地面机器人的自主追踪与降落方法
    4.1 无人机对地面目标任务系统坐标系
    4.2 图像检测位姿估计算法
        4.2.1 无人机方形标识检测位姿估计算法
        4.2.2 无人机二维码标识检测位姿估计算法
    4.3 视觉辅助无人机对地面目标的自主跟踪控制
    4.4 视觉辅助的无人机自主降落的控制
        4.4.1 控制器设计
        4.4.2 组合尺度的二维码降落标识设计
        4.4.3 无人机自主降落过程
    4.5 基于粒子滤波的无人机位置估计算法
    4.6 本章小结
第五章 无人机自主跟踪与降落系统飞行验证
    5.1 无人机固定点悬停实验
    5.2 无人机对地面移动机器人自主跟踪实验
    5.3 无人机对地面移动机器人自主降落实验
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：4019579