多旋翼無人機光流-慣性組合導航技術研究.pdf

1、由于多旋翼無人機具有垂直起降，結構簡單等優(yōu)勢，近年來成為研究的熱門領域。常用的多旋翼無人機導航系統(tǒng)對GPS的依賴性較高，在GPS信號受干擾或丟失的情況下，多旋翼無人機導航系統(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。由昆蟲視覺導航啟發(fā)的光流導航系統(tǒng)因其具有體積小、成本低、精度高等特點，被視為解決多旋翼無人機無GPS環(huán)境自主導航的理想方案之一。本文主要面向旋翼飛行器，以光流導航算法為基礎，開展了多旋翼無人機

2、光流/慣性多信息融合導航算法的研究和實現(xiàn)工作。
　　論文首先對光流算法本身進行了研究，針對多旋翼無人機飛行環(huán)境的特性，研究了大尺度運動下的光流算法及其誤差補償算法，并提出了一種基于ORB特征點的LK金字塔光流算法，通過靜態(tài)與動態(tài)的實驗對該算法的性能進行了驗證。
　　為了利用序列圖像的光流信息為多旋翼無人機提供自主導航信息，論文對圖像光流場與多旋翼無人機運動場之間的關系進行了研究?？紤]到高度信息的準確性將影響光流測速的精度，針

3、對高度通道提出了一種信息融合方案。對多旋翼無人機的運動模態(tài)進行了研究，設計了一種多傳感器輔助的光流自主導航方法，并在室內(nèi)、室外開展了實驗驗證，實驗結果表明該方案可為多旋翼無人機提供較為準確的導航信息。
　　為了提升飛行器自主導航算法的精度和可靠性，論文開展了光流/慣性組合導航技術的研究工作。對組合導航系統(tǒng)中的各個傳感器的誤差進行了建模分析，研究了基于卡爾曼濾波的光流/慣性松組合濾波方程，通過仿真實驗驗證了松組合方案純光流導航方案的

4、有效性。在此基礎之上，分析了慣性導航系統(tǒng)的速度信息與圖像光流速度之間的對應關系，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，利用慣導系統(tǒng)的信息輔助光流導航系統(tǒng)的解算過程。通過仿真實驗進行驗證，結果表明緊組合方案提升了組合導航系統(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/慣性組合導航算法的實驗驗證平臺，為了實時的觀察多旋翼無人機的飛行狀態(tài)，研發(fā)了一套基于LabVIEW的無人機自主飛行地面站。同時