基于光流的六旋翼无人机导航与控制技术研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:tianshi6868
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近年来,多旋翼无人机因其具有成本低、零伤亡等特点,在军用领域及其民用领域获得越来越多的重视。六旋翼无人机作为多旋翼无人机的一种,不但具有垂直起飞和降落、定点悬停、侧飞和倒飞等等飞行特点,而且在飞行姿态上非常稳定,在很大程度上降低了对于使用环境的要求,具有广泛的应用前景。而无人机导航与控制技术是六旋翼无人机工作的关键技术。本文以小型六旋翼无人机为模型,研究无人机的控制技术和基于光流的导航定位技术,旨在进一步提高无人机的低空飞行控制和提供更准确的导航。首先,根据六旋翼无人机的飞行原理,建立了数学模型,并设计了基于PID算法的姿态回路控制律和轨迹回路控制律。同时,对光流算法原理进行分析,并且分别针对光流的LK算法和金字塔光流进行分析建模。其次,设计了基于光流和神经网络的动态目标检测方法。首先,通过光流检测出目标轮廓像素点的运动矢量,进而得到每个像素点的位置;然后,基于神经网络检测出目标的位置,得到每个像素点的位置;最后,通过将两种方法得到的目标位置信息进行融合滤波得出精确位置,并进行仿真验证,仿真实验验证了基于光流和神经网络融合的动态目标检测的准确性。然后,结合六旋翼无人机的硬件设计和飞行控制功能,设计了基于光流的室内导航定位系统。按照功能需求,重点设计了基于光流的室内定位功能。利用光流输出运动物体速度矢量的优势,给出相对应的阻尼进行速度控制,进而进行室内定位。最后,将系统的硬件部分和软件部分进行整合,对系统的自主飞行和室内导航定位功能进行了试飞验证。实验结果表明,本文所设计的六旋翼无人机目标检测和室内定位系统具有稳定的自主飞行能力,同时可实现对运动目标的高精度检测,实现了很好的室内定位功能,具有较好的系统可靠性,对不同的多旋翼无人机机型具有普适性。
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