旋翼無人機跟蹤地面移動目標的視覺控制.pdf

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

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

3、線性模型，并進一步得出了無人機目標跟蹤的動態(tài)誤差。接著通過對云臺跟蹤回路進行分析，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)計指標。
　　然后，論文采用視覺測量與卡爾曼濾波對所跟蹤的目標進行了狀態(tài)估計。本文采用了一種基于靜態(tài)特征點位置的方法求取運動目標的三維位置信息，并建立了目標的狀態(tài)方程與觀測方程，設(shè)計卡爾曼濾波器對地面運動目標進行狀態(tài)估計，通過蒙特卡羅實驗驗證了濾波器的濾波效果。
　　最后，論文分別對云臺