多旋翼無人機(jī)光流-慣性組合導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、由于多旋翼無人機(jī)具有垂直起降，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，近年來成為研究的熱門領(lǐng)域。常用的多旋翼無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)GPS的依賴性較高，在GPS信號(hào)受干擾或丟失的情況下，多旋翼無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)將無法提供有效定位信息，這是目前旋翼飛行器發(fā)生各類飛行事故的常見原因之一。由昆蟲視覺導(dǎo)航啟發(fā)的光流導(dǎo)航系統(tǒng)因其具有體積小、成本低、精度高等特點(diǎn)，被視為解決多旋翼無人機(jī)無GPS環(huán)境自主導(dǎo)航的理想方案之一。本文主要面向旋翼飛行器，以光流導(dǎo)航算法為基礎(chǔ)，開展了多旋翼無人機(jī)

2、光流/慣性多信息融合導(dǎo)航算法的研究和實(shí)現(xiàn)工作。
　　論文首先對(duì)光流算法本身進(jìn)行了研究，針對(duì)多旋翼無人機(jī)飛行環(huán)境的特性，研究了大尺度運(yùn)動(dòng)下的光流算法及其誤差補(bǔ)償算法，并提出了一種基于ORB特征點(diǎn)的LK金字塔光流算法，通過靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)對(duì)該算法的性能進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　為了利用序列圖像的光流信息為多旋翼無人機(jī)提供自主導(dǎo)航信息，論文對(duì)圖像光流場與多旋翼無人機(jī)運(yùn)動(dòng)場之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。考慮到高度信息的準(zhǔn)確性將影響光流測速的精度，針

3、對(duì)高度通道提出了一種信息融合方案。對(duì)多旋翼無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一種多傳感器輔助的光流自主導(dǎo)航方法，并在室內(nèi)、室外開展了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方案可為多旋翼無人機(jī)提供較為準(zhǔn)確的導(dǎo)航信息。
　　為了提升飛行器自主導(dǎo)航算法的精度和可靠性，論文開展了光流/慣性組合導(dǎo)航技術(shù)的研究工作。對(duì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的各個(gè)傳感器的誤差進(jìn)行了建模分析，研究了基于卡爾曼濾波的光流/慣性松組合濾波方程，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了松組合方案純光流導(dǎo)航方案的

4、有效性。在此基礎(chǔ)之上，分析了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的速度信息與圖像光流速度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出了一種基于圖像光流速度的光流/MEMS慣性緊組合濾波方法，利用慣導(dǎo)系統(tǒng)的信息輔助光流導(dǎo)航系統(tǒng)的解算過程。通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明緊組合方案提升了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的有效性和可靠性。
　　論文最后搭建了基于四旋翼飛行器的光流/慣性組合導(dǎo)航算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，為了實(shí)時(shí)的觀察多旋翼無人機(jī)的飛行狀態(tài)，研發(fā)了一套基于LabVIEW的無人機(jī)自主飛行地面站。同時(shí)