基于四旋翼飛行器的目標搜索研究.pdf

1、近年來，隨著四旋翼無人機的載重能力、續(xù)航能力、安全性和靈活性的大幅提高，利用四旋翼搭載攝像頭進行目標搜索或跟蹤成為新的研究熱點。目前已有研究能夠?qū)崿F(xiàn)對單個目標的識別或跟蹤，然而在某些應用場合，例如足球、賽車、自行車等室外體育賽事直播中，往往無法也無需對每個目標配置單獨的跟蹤設備，此時就需要四旋翼同時跟蹤多個運動目標。同時，實際應用中各個目標的重要性是不同的，例如在體育賽事中執(zhí)行跟蹤任務的四旋翼應該適當向明星運動員靠攏，這就要求對四旋翼的

2、跟蹤路徑進行優(yōu)化。為實現(xiàn)以上功能，本文提出了一種基于k-means聚類算法和加權(quán)多目標重心跟蹤的新型算法，能夠控制四旋翼識別多個目標，并根據(jù)目標的特征信息對不同目標賦予不同權(quán)值，然后根據(jù)各個目標的位置和權(quán)值獲得跟蹤路徑，并控制四旋翼沿此路徑進行多目標跟蹤。
　　然而在一些情況下，比如空間探測，惡劣環(huán)境搜救等諸多應用場景，由于單架四旋翼自身功能的限制難以滿足復雜任務應用需求，通常要采用多架四旋翼協(xié)作完成任務，多架四旋翼協(xié)同控制也已成

3、為無人機研究的一個非常重要的研究方向。因此在本文采用Odroid/Intel NUC機載電腦和DJI M100飛控搭建了多四旋翼協(xié)作的實驗平臺，組建了多機通信的無線Mesh網(wǎng)絡，使得多四旋翼之間能夠通過數(shù)據(jù)通信感知相鄰四旋翼的信息，實現(xiàn)了基于ROS的分層的軟件系統(tǒng)架構(gòu)設計，完成了多飛行器的分布式三角編隊算法。
　　最后提出了兩種多機協(xié)同目標搜索算法，一種是基于縮放型三角編隊的多機目標搜索，另一種是基于信息融合的分區(qū)域協(xié)同搜索。前者

4、是一種基于遍歷思想的固定路徑搜索算法，后者是一種基于動態(tài)路徑優(yōu)化的搜索算法。本文給出了詳細的理論闡述和仿真結(jié)果。
　　本文的創(chuàng)新點和貢獻在于以下四點:第一，提出了一種基于k-means聚類算法和加權(quán)多目標重心跟蹤的新型算法，該算法利用搭載的單架四旋翼平臺實現(xiàn)多目標的搜索和動態(tài)跟蹤;第二，搭建了基于socket通信的多機編隊硬件平臺，并完成了基于ROS的高可移植性的跨平臺軟件系統(tǒng);第三，提出了一種基于縮放型三角編隊的多機聯(lián)合的目標搜