旋翼無人機(jī)跟蹤地面移動目標(biāo)的視覺控制.pdf

1、旋翼無人機(jī)在垂直起降、低速穩(wěn)定飛行、機(jī)動性等方面有著固定翼無人機(jī)所不能比擬的優(yōu)勢，因此裝備有視覺傳感器的旋翼無人機(jī)能夠廣泛的應(yīng)用于軍事偵察、實(shí)時(shí)監(jiān)控、災(zāi)區(qū)救援與地質(zhì)勘探等領(lǐng)域，基于視覺的無人機(jī)目標(biāo)跟蹤技術(shù)的研究也得到了各國研究人員的關(guān)注，成為無人機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　本文以裝備有云臺和相機(jī)的小型無人直升機(jī)為工作平臺，對無人直升機(jī)地面目標(biāo)的視覺跟蹤問題進(jìn)行了研究。無人機(jī)對地面目標(biāo)的視覺跟蹤問題，主要是指裝有相機(jī)的云臺指向鎮(zhèn)定和

2、無人機(jī)對目標(biāo)的跟蹤兩個部分。在無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)和云臺控制系統(tǒng)的能夠控制無人直升機(jī)位姿和云臺轉(zhuǎn)向的前提下，分別對云臺和無人機(jī)目標(biāo)跟蹤問題進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述，得到了目標(biāo)跟蹤控制器的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并通過卡爾曼濾波器估計(jì)出了目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)。最后分別對云臺和無人機(jī)進(jìn)行了目標(biāo)跟蹤控制器設(shè)計(jì)。具體實(shí)現(xiàn)如下：
　　首先，論文對無人直升機(jī)地面移動目標(biāo)跟蹤問題進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述。通過對無人機(jī)與目標(biāo)的相對運(yùn)動關(guān)系進(jìn)行分析，得到了無人機(jī)與目標(biāo)之間的相對運(yùn)動學(xué)非

3、線性模型，并進(jìn)一步得出了無人機(jī)目標(biāo)跟蹤的動態(tài)誤差。接著通過對云臺跟蹤回路進(jìn)行分析，推導(dǎo)出了云臺控制回路的數(shù)學(xué)模型，并給出了云臺跟蹤控制器的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
　　然后，論文采用視覺測量與卡爾曼濾波對所跟蹤的目標(biāo)進(jìn)行了狀態(tài)估計(jì)。本文采用了一種基于靜態(tài)特征點(diǎn)位置的方法求取運(yùn)動目標(biāo)的三維位置信息，并建立了目標(biāo)的狀態(tài)方程與觀測方程，設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器對地面運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，通過蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了濾波器的濾波效果。
　　最后，論文分別對云臺