基于視覺的Qball-X4四旋翼無人機(jī)地面目標(biāo)跟蹤.pdf

1、四旋翼無人直升機(jī)因其具有垂直起降、懸停、低速巡航等特性，使它執(zhí)行目標(biāo)搜索和跟蹤，偵察和救援等任務(wù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著機(jī)載視覺技術(shù)的發(fā)展，基于視覺信息的無人機(jī)移動(dòng)目標(biāo)的跟蹤技術(shù)在很多領(lǐng)域中都具有很高的實(shí)用價(jià)值。本文以加拿大Quanser公司開發(fā)的Qball-X4四旋翼無人機(jī)為主要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，搭配QuaRC軟件環(huán)境，開發(fā)了一套完整的基于視覺的地面目標(biāo)跟蹤的飛行控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由Matlab/Simulink搭建，可以很容易實(shí)現(xiàn)實(shí)物控制到仿真

2、實(shí)驗(yàn)之間的轉(zhuǎn)換，更便于對(duì)控制策略的改進(jìn)和更換。本文的主要工作及貢獻(xiàn)如下:
　　(1)建立了Qball-X4四旋翼無人機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型，并在Simulink下搭建了可直接用于仿真驗(yàn)證的模型。根據(jù)模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)PID控制器，并針對(duì)ITAE指標(biāo)對(duì)PID控制器的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行了尋優(yōu)，得到了一組最優(yōu)PID參數(shù)。考慮到測(cè)量環(huán)節(jié)可能存在的誤差以及可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)延遲和錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)了Kalman濾波器來對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行估計(jì)。
　　(2)

3、綜合考慮無人機(jī)載重能力和視覺跟蹤對(duì)圖像質(zhì)量的要求，在Qball-X4四旋翼無人機(jī)上搭建了視覺平臺(tái)。對(duì)視覺信息下地面移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別和跟蹤策略展開了研究，包括經(jīng)典的Lucus-Kanade光流跟蹤算法和隨機(jī)森林算法。考慮到目標(biāo)跟蹤和識(shí)別過程中可能發(fā)生的錯(cuò)誤，本文引入了P-N學(xué)習(xí)模塊來監(jiān)督跟蹤和識(shí)別過程，通過學(xué)習(xí)模塊來更新目標(biāo)模型從而降低錯(cuò)誤發(fā)生的概率。
　　(3)在QuaRC軟件環(huán)境下為Qball-X4四旋翼無人機(jī)設(shè)計(jì)了完整的目標(biāo)跟蹤