旋翼無(wú)人機(jī)跟蹤地面移動(dòng)目標(biāo)的視覺(jué)控制.pdf

1、旋翼無(wú)人機(jī)在垂直起降、低速穩(wěn)定飛行、機(jī)動(dòng)性等方面有著固定翼無(wú)人機(jī)所不能比擬的優(yōu)勢(shì)，因此裝備有視覺(jué)傳感器的旋翼無(wú)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(jué)的無(wú)人機(jī)目標(biāo)跟蹤技術(shù)的研究也得到了各國(guó)研究人員的關(guān)注，成為無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　本文以裝備有云臺(tái)和相機(jī)的小型無(wú)人直升機(jī)為工作平臺(tái)，對(duì)無(wú)人直升機(jī)地面目標(biāo)的視覺(jué)跟蹤問(wèn)題進(jìn)行了研究。無(wú)人機(jī)對(duì)地面目標(biāo)的視覺(jué)跟蹤問(wèn)題，主要是指裝有相機(jī)的云臺(tái)指向鎮(zhèn)定和

2、無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)的跟蹤兩個(gè)部分。在無(wú)人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)和云臺(tái)控制系統(tǒng)的能夠控制無(wú)人直升機(jī)位姿和云臺(tái)轉(zhuǎn)向的前提下，分別對(duì)云臺(tái)和無(wú)人機(jī)目標(biāo)跟蹤問(wèn)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(guò)卡爾曼濾波器估計(jì)出了目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。最后分別對(duì)云臺(tái)和無(wú)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(duì)無(wú)人直升機(jī)地面移動(dòng)目標(biāo)跟蹤問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述。通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行分析，得到了無(wú)人機(jī)與目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)非

3、線性模型，并進(jìn)一步得出了無(wú)人機(jī)目標(biāo)跟蹤的動(dòng)態(tài)誤差。接著通過(guò)對(duì)云臺(tái)跟蹤回路進(jìn)行分析，推導(dǎo)出了云臺(tái)控制回路的數(shù)學(xué)模型，并給出了云臺(tái)跟蹤控制器的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
　　然后，論文采用視覺(jué)測(cè)量與卡爾曼濾波對(duì)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(dòng)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(cè)方程，設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器對(duì)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，通過(guò)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(duì)云臺(tái)