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

1、具有自主飛行能力的小型無人直升機具有重要的軍事、民用和科學(xué)研究價值。無人直升機的自主著陸階段是飛行任務(wù)中的重要階段之一，同時也是一個安全事故的多發(fā)階段。因為該階段對導(dǎo)航系統(tǒng)的要求相對于其他階段而言，除了具有較高的導(dǎo)航精度、實時性及可靠性外，還需要盡可能地提供無人直升機距離地面的實時高度，以防止在垂直方向上降落過快而導(dǎo)致與地面發(fā)生強烈碰撞并引發(fā)安全事故。因此，設(shè)計一種適合于無人直升機自主著陸階段的導(dǎo)航系統(tǒng)具有重要的研究價值，同時也具有重大

2、的現(xiàn)實意義。 本文以上海交通大學(xué)“天行者”小型無人直升機為主要應(yīng)用對象，采用基于計算機視覺的視覺導(dǎo)航技術(shù)，設(shè)計了一種符合無人直升機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行實際自主飛行試驗的能力，且實際飛行試驗具有較高的安全風(fēng)險，本文將在完成計算機視覺測量試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合“天行者”小型無人直升機自主飛行控制系統(tǒng)，在Matlab仿真環(huán)境中對利用視覺導(dǎo)航系統(tǒng)進行導(dǎo)航的自主著陸過程進行仿真研究，驗證該

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)容包括以下兩個方面： 1)基于計算機視覺原理的位姿測量試驗：設(shè)計著陸平臺圖案，并由攝像機捕獲著陸平臺所在環(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，計算攝像機相對與著陸平臺所處的位姿參數(shù)。 2)基于Matlab的小型無人直升機自主著陸視覺導(dǎo)航系統(tǒng)仿真：建立構(gòu)成視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的攝像機及其云臺模型，并通過引入隨機誤差使模型更接近于現(xiàn)實。結(jié)合“天