小型四旋翼無人機自主識別導航系統(tǒng)研究.pdf

1、無人機是指由遙控或自動駕駛技術，進行科學觀測、戰(zhàn)場偵查等任務的飛行載具，與傳統(tǒng)有人飛機相比具有操作成本低、人員傷亡少、運用彈性大等特性。在民用領域更有廣闊的前景，涉及到災難救援、物資投放、地質勘測、偵察追蹤、無人快遞等。這種趨勢使得無人機朝著更加智能化、小型化、集成化方向發(fā)展。針對這一問題，本文重點研究了四旋翼飛行器的視覺識別與激光導航技術。通過研究室外靜態(tài)場地、飛行器飛行狀態(tài)下目標物體的圖像信息，并實時地識別目標物的相對位置；研究激光

2、雷達的避障、導航功能，并最終完成四旋翼飛行器的自主識別導航過程。
　　四旋翼飛行器智能飛行過程的視覺識別與避障導航技術的核心在于:飛行器硬件平臺的搭建，復雜室外環(huán)境下目標位置的準確識別，以及在確定目標相對位置后通過激光雷達的避障導航功能使飛行器安全地到達目的地。因此，飛行器智能飛行的關鍵問題可以劃分為飛行器系統(tǒng)的硬件搭建、目標物體的識別與定位、激光雷達的避障導航等。針對以上問題，本論文的主要工作和取得的成果如下：
　　首先，

3、在分析比較了飛行器的兩種飛行模式后，選擇了較適宜的“X”字飛行方式。針對單目視覺僅能識別目標而無法確定其距離，激光雷達能得到周圍環(huán)境的距離而無法識別物體的問題，本文采用兩者結合的方式來共同完成智能導航飛行。采用X3單目相機、激光雷達、超聲波傳感器及圖像傳輸模塊等共同組成飛行器導航系統(tǒng)并以此構建無人機硬件系統(tǒng)。
　　其次，采用X3云臺相機進行單目視覺輔助導航研究。根據(jù)相機的經(jīng)典成像原理，選擇鏡頭無畸變的線性模型并通過相機標定方法來獲

4、得其內參，通過X3云臺相機并結合 OpenCV庫函數(shù)對相機捕捉到的畫面進行實時圖像處理，實現(xiàn)無人機的目標識別功能；通過超聲波傳感器獲得無人機近地面高度信息并結合單目視覺技術，以此完成目標的定位功能。
　　然后，利用RoboPeak團隊推出的激光雷達完成飛行器局部地圖創(chuàng)建。通過飛行器慣性模組實現(xiàn)四旋翼飛行器在地圖上的自定位；利用視覺識別系統(tǒng)獲取到的目標點信息，通過改進遺傳算法進行無人機航跡規(guī)劃，以此實現(xiàn)飛行器的自主導航。通過將機器視