小型無人直升機(jī)自主著陸視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真.pdf

1、具有自主飛行能力的小型無人直升機(jī)具有重要的軍事、民用和科學(xué)研究價(jià)值。無人直升機(jī)的自主著陸階段是飛行任務(wù)中的重要階段之一，同時(shí)也是一個(gè)安全事故的多發(fā)階段。因?yàn)樵撾A段對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的要求相對(duì)于其他階段而言，除了具有較高的導(dǎo)航精度、實(shí)時(shí)性及可靠性外，還需要盡可能地提供無人直升機(jī)距離地面的實(shí)時(shí)高度，以防止在垂直方向上降落過快而導(dǎo)致與地面發(fā)生強(qiáng)烈碰撞并引發(fā)安全事故。因此，設(shè)計(jì)一種適合于無人直升機(jī)自主著陸階段的導(dǎo)航系統(tǒng)具有重要的研究價(jià)值，同時(shí)也具有重大

2、的現(xiàn)實(shí)意義。 本文以上海交通大學(xué)“天行者”小型無人直升機(jī)為主要應(yīng)用對(duì)象，采用基于計(jì)算機(jī)視覺的視覺導(dǎo)航技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種符合無人直升機(jī)自主著陸階段特殊要求的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)。鑒于目前缺乏某些硬件條件而不具備進(jìn)行實(shí)際自主飛行試驗(yàn)的能力，且實(shí)際飛行試驗(yàn)具有較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，本文將在完成計(jì)算機(jī)視覺測量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合“天行者”小型無人直升機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)，在Matlab仿真環(huán)境中對(duì)利用視覺導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航的自主著陸過程進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證該

3、導(dǎo)航系統(tǒng)的可行性、正確性及魯棒性等系統(tǒng)性能。本文的主要內(nèi)容包括以下兩個(gè)方面： 1)基于計(jì)算機(jī)視覺原理的位姿測量試驗(yàn)：設(shè)計(jì)著陸平臺(tái)圖案，并由攝像機(jī)捕獲著陸平臺(tái)所在環(huán)境的數(shù)字圖像。通過圖像分析和處理過程，提取特征圖形中所隱含特征點(diǎn)，計(jì)算攝像機(jī)相對(duì)與著陸平臺(tái)所處的位姿參數(shù)。 2)基于Matlab的小型無人直升機(jī)自主著陸視覺導(dǎo)航系統(tǒng)仿真：建立構(gòu)成視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的攝像機(jī)及其云臺(tái)模型，并通過引入隨機(jī)誤差使模型更接近于現(xiàn)實(shí)。結(jié)合“天