检索结果-南通市图书馆

作者：张炳亮南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着无人机的应用范围越来越广,对无人机的自主能力也提出了越来越高的要求。由于将无人机导向某个目标的应用场合越来越多,且计算机视觉技术能够通过视觉传感器获得丰富的目标信息,因此无人机的视觉导引技术受到了广泛关注。考虑到自... 详细信息

随着无人机的应用范围越来越广,对无人机的自主能力也提出了越来越高的要求。由于将无人机导向某个目标的应用场合越来越多,且计算机视觉技术能够通过视觉传感器获得丰富的目标信息,因此无人机的视觉导引技术受到了广泛关注。考虑到自主着陆是无人机自主飞行过程中比较重要的环节,且无人机视觉着陆导引是无人机视觉导引的一个典型应用场景,本文以微小型垂直起降无人机的自主着陆为应用背景,针对现有二维平面目标提供的视觉信息有限,以及视觉技术与导引控制结合度不够高的问题,对垂直起降无人机的视觉着陆导引进行了深入的研究。首先对视觉导引系统进行总体方案设计,根据无人机自主着陆的需求,分析以着陆为典型案例的视觉导引系统方案,并给出了相关坐标系的定义及其相互转换关系,最后对相机成像模型进行描述。然后针对二维平面目标提供的视觉信息有限的问题,设计一种新的三维立体合作目标作为无人机的着陆目标,该立体目标能够为视觉系统提供比如目标高度等除二维信息之外的第三维信息。同时本文设计了一套鲁棒性与实时性兼备的视觉探测算法,首先在复杂的背景图像中分割出目标区域,然后在目标区域对目标进行特征提取,避免背景区域对目标特征提取的影响,并对Hough变换圆检测算法进行改进,降低了算法计算量。最后结合三维合作目标的已知信息,解算出云台跟瞄与着陆导引所需的运动信息。接着考虑到着陆导引方案对着陆轨迹的影响,采用本课题组已有的“抛物线型”着陆轨迹,并对其导引方案进行改进,增加自稳定云台隔离机体运动对相机姿态的影响,并通过云台跟瞄控制保证相机光轴始终指向目标。同时提出一种新的视觉着陆导引方案,将视觉技术与导引控制进行有效地结合,以视觉探测系统解算出的目标视线夹角作为被控量,导引控制器通过改变机体的速度实现对目标视线夹角的控制,使无人机能够按照期望的着陆轨迹进行着陆。最后对视觉着陆导引系统进行全系统仿真验证,证明视觉技术与导引控制结合的有效性,并搭建系统嵌入式平台,对视觉探测与云台跟瞄控制进行嵌入式平台实现,验证视觉探测算法与云台跟瞄控制的有效性。

关键词：自主着陆三维合作目标视觉探测导引规律云台跟瞄嵌入式实现

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视觉着陆三维合作目标结构设计与定位算法

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系统工程理论与实践 2019年第11期39卷 2975-2983页

作者：魏祥灰唐超颖王彪徐贵力南京航空航天大学自动化学院

随着垂直起降无人机的应用热潮,学者们对基于合作目标的视觉着陆方式做了大量研究.针对现有平面合作目标对无人机着陆的局限性,从抗遮挡鲁棒性以及减少其它传感器辅助两个角度,设计了一种新型的三维立体合作目标与定位算法.基于合作目... 详细信息

随着垂直起降无人机的应用热潮,学者们对基于合作目标的视觉着陆方式做了大量研究.针对现有平面合作目标对无人机着陆的局限性,从抗遮挡鲁棒性以及减少其它传感器辅助两个角度,设计了一种新型的三维立体合作目标与定位算法.基于合作目标空间特征,结合多边形的遮挡特性以及自然界的色彩信息,采用归纳法设计出三维合作目标;同时,利用合作目标的几何成像特点,提出仅基于视觉信息的用于着陆导引的位置解算算法;鉴于相机成像的变比例特性,推导出特征提取投影偏差与位置解算精度的关系,并深入分析了对后者的影响.基于Simulink平台搭建相机成像仿真系统,验证了合作目标具有极高的抗遮挡鲁棒性和位置解算精度,并且在多数位置下,偏差估计误差在0.01 m以内,并且不考虑投影偏差的影响下位置解算误差不超过0.1 m,符合设计以及实际应用需求.

关键词：垂直起降无人机自主着陆导引抗遮挡鲁棒性三维合作目标

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着陆区域视觉检测及无人机自主着陆导引研究

着陆区域视觉检测及无人机自主着陆导引研究

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作者：魏祥灰南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着垂直起降无人机的应用场景越来越复杂,视觉导引技术受到了研究者广泛的关注。为突破目前将视觉与导引独立研究的现状,避免对高度传感器辅助的依赖,本文以无人机着陆导引为背景,从合作与非合作两种环境出发,研究基于末端约束的视觉... 详细信息

随着垂直起降无人机的应用场景越来越复杂,视觉导引技术受到了研究者广泛的关注。为突破目前将视觉与导引独立研究的现状,避免对高度传感器辅助的依赖,本文以无人机着陆导引为背景,从合作与非合作两种环境出发,研究基于末端约束的视觉导引技术。首先,论述视觉导引系统的方案。从导引模块的输入、输出以及规律设计三个角度充分讨论当前研究现状,同时全面分析各方案的适用场合以及研究弊端,根据具体环境下对系统的需求,确定导引模块的最佳研究方案。然后,面向基于合作目标的视觉导引系统,针对现有平面合作目标对无人机着陆的局限性,设计新型的三维立体合作目标,提高视觉检测系统的抗遮挡鲁棒性。以该合作目标高度矢量的成像为导引参数,直接建立图像信息与速度指令之间的关系,无需依赖高度传感器,将视觉与导引两模块结合,避免引入位置解算模块,提高视觉导引系统的效率。接着,面向非合作环境的视觉导引系统,针对非合作目标有效检测的复杂性问题,基于卷积神经网络分类方案,检测并提取安全区域几何中心。以目标视线角速率以及目标运动的三维光流为导引参数,直接建立图像信息与加速度指令之间的关系,无需依赖高度传感器,将视觉与导引两模块充分结合,进一步提高视觉导引系统的效率。最后,分别对上述系统方案、三维合作目标设计、着陆区域检测以及相关导引方法的效果进行检验分析与验证。通过理论分析与仿真验证,三维合作目标具有较好的抗遮挡性能,配合对应设计的导引规律,导引系统可以去除对高度传感器的依赖,着陆行程短,对机动能力要求较低;非合作着陆区域检测指标达到98%,优于现有检测算法,同时实时性满足实际应用需要,配合对应设计的导引规律,导引系统不依赖其它高度传感器可实现紧急着陆,并且验证了着陆系统的稳定性以及稳态误差计算式的正确性,所设计系统满足实际运用的需要。

关键词：垂直起降无人机自主着陆视觉导引三维合作目标着陆区域检测导引规律

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