基于視覺的四旋翼飛行系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、現(xiàn)階段，在科技日益發(fā)展的技術(shù)背景下無(wú)人機(jī)（UAV）技術(shù)也獲得了重大的突破，這也使得無(wú)人機(jī)技術(shù)逐漸走入人們的生活中。其中四旋翼飛行器是現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的一種無(wú)人機(jī)，由于其具備高靈活性、易操控等諸多優(yōu)勢(shì)儼然成為各大高校以及研究機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。本文對(duì)四旋翼飛行器的控制算法和基于視覺的自動(dòng)著陸過(guò)程進(jìn)行了相關(guān)研究，采用較為簡(jiǎn)單的視覺處理算法，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于視覺引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)降落標(biāo)記點(diǎn)的四旋翼飛行器。論文的主要工作和貢獻(xiàn)如下：
　　1、設(shè)

2、計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，包括飛行控制系統(tǒng)和視覺降落系統(tǒng)兩個(gè)主體構(gòu)架。飛行控制系統(tǒng)的處理器核心是STM32單片機(jī)，借助姿態(tài)傳感器所測(cè)量的數(shù)據(jù)，控制飛行器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定飛行。著陸系統(tǒng)由樹莓派（Raspberry Pi）開發(fā)板和攝像頭構(gòu)成，圖像采集獲得飛行器的坐標(biāo)位置并轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)通過(guò)串口發(fā)送至STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自主著陸。另外，電源模塊的設(shè)計(jì)為整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作提供了保障。
　　2、完成了飛控系統(tǒng)的算法和軟件設(shè)計(jì)，針對(duì)飛行器機(jī)載的加速度計(jì)

3、、陀螺儀、磁力計(jì)的自身特性實(shí)施了不同方法的校準(zhǔn)工作，采用了四元數(shù)對(duì)飛行器的姿態(tài)進(jìn)行表示，設(shè)計(jì)了擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）算法用于飛行姿態(tài)信息的解算，并通過(guò)PID（比例-積分-微分）控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的控制和校準(zhǔn)。
　　3、設(shè)計(jì)了紅色圓形著陸目標(biāo)，根據(jù)著陸目標(biāo)圖像設(shè)計(jì)了目標(biāo)識(shí)別算法，經(jīng)過(guò)閾值分割、Canny邊緣檢測(cè)、圓形逼近等圖像處理流程后得出目標(biāo)圓心在圖像上的映射點(diǎn)，并設(shè)計(jì)了基于圓心像素坐標(biāo)的位置估計(jì)算法，建立了目標(biāo)圓半徑與飛行器