小型无人直升机自主着陆视觉导航系统设计及仿真

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基于计算机视觉技术的无人机自主导航系统设计

基于计算机视觉技术的无人机自主导航系统设计

基于计算机视觉技术的无人机自主导航系统设计近年来,随着计算机视觉技术的不断发展,越来越多的机器人、汽车、飞行器等设备开始采用基于计算机视觉的自主导航系统。

其中,无人机在军事、民用领域中的应用越来越广泛。

本文将介绍基于计算机视觉技术的无人机自主导航系统设计。

一、计算机视觉技术简介计算机视觉技术是一种模拟人类视觉系统的技术,通过对图像和视频进行处理,从中提取出相关信息。

计算机视觉技术主要包括图像处理、图像分析、图像识别、目标跟踪等方面。

其中,目标跟踪技术是计算机视觉技术中非常重要的一个环节。

二、无人机自主导航系统无人机自主导航系统是指无人机可以在没有人工干预的情况下,自主地完成一系列控制操作,包括飞行、避障、识别和跟踪目标等。

自主导航系统的实现需要依赖计算机视觉技术。

无人机自主导航系统可以广泛应用于军事、民用等领域。

三、视觉传感器无人机自主导航系统的核心是视觉传感器,其作用是采集周围环境的图像和视频,并将其传输到计算机进行处理。

常见的视觉传感器包括摄像头、激光雷达、红外相机等。

四、计算机视觉算法计算机视觉算法是实现无人机自主导航系统的关键。

常见的计算机视觉算法包括:1. 特征提取算法:将图像中的特征点提取出来,比如边缘、角点等;2. 特征匹配算法:将两张图像中相同的特征点匹配起来,以实现图像的拼接、跟踪等;3. 目标检测算法:检测图像中的目标,比如车辆、行人等;4. 目标识别算法:识别图像中的目标,确定其类别、大小、位置等信息;5. 目标跟踪算法:在移动摄像机中跟踪目标。

五、路径规划与控制在无人机自主导航系统中,路径规划和控制是非常关键的一环。

路径规划能够使无人机遵循一条预定的路径飞行,控制系统能够根据不同的任务要求实现飞行器稳定、追踪目标等功能。

六、系统设计基于计算机视觉技术的无人机自主导航系统设计需要考虑到以下几个方面:1. 视觉传感器选择:根据不同的应用需求选择捕捉设备,比如相机、激光雷达等。

微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究

微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究
关键词:微小型无人机;四旋翼;动力学模型;反步法;自抗扰控制;Lyapunov稳定性; 平方根UXF
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国防科学技术大学研究生院学位论文 ABSTRACT
Micro/mini quadrotor is all excellent,novel vertical take-offand landing Unmanned Aerial VehielefOAV)for both military and civilian usages.Based OR a summary of the research status quo,the key technologies and the future applications of the micro/mini quadrotor,this paper concentrates on its special characteristics,mainly researched the problems On mathematical modeling,nonlinear con仕oller and state estimation.Some important theoretical analysis and
s协n酊ofthe system is analyzed.Simulations show that the proposed controllers are validity.
Thirdly,the Active Disturbances Rejection Con廿oilem(ADRC)are designed for the direct driven states ofthe quadrotor to stabilize the vehicle and control the flight height;the PD-ADRC double dosed loops are in仃oduced to diminish the zero d)m珊ni晦then the Lyapunov stability of the doublo closed loops is analyzcd’SO that the quadrotr call hover.11圮validity of these

低空飞行器自主导航控制技术研究

低空飞行器自主导航控制技术研究

低空飞行器自主导航控制技术研究低空飞行器是指飞行高度在50米以下的平台,包括多旋翼、固定翼、直升机等。

自主导航控制技术是指飞行器依靠内置的控制系统,自主地进行导航和控制的技术。

低空飞行器自主导航控制技术的研究,涉及到计算机科学、电子技术、航空工程等多个领域,为无人机的应用提供了技术支持。

一、低空飞行器自主导航的原理低空飞行器自主导航的原理是利用飞行器的传感器获取姿态角、速度、高度等信息,通过内置的控制系统进行分析和计算,从而实现自主导航和控制。

飞行器的导航系统一般由GPS、惯性导航、视觉传感器等组成。

GPS可以提供准确的定位信息,惯性导航可以提供高精度的姿态角和速度信息,视觉传感器可以帮助飞行器进行精确的定位和避障。

通过对这些信息进行融合和处理,飞行器可以实现自主导航。

二、低空飞行器自主导航的技术难点低空飞行器自主导航的技术难点主要包括飞行器的定位、姿态角的控制、空气动力学模型的建立等方面。

其中,定位是飞行器自主导航的核心问题之一。

由于低空飞行器工作环境的复杂性,GPS信号会受到诸多影响,因此,如何消除误差、提高定位精度,是需要解决的问题。

此外,姿态角的控制也是一个挑战。

低空飞行器具有先天的不稳定性,需要通过高效的控制系统进行控制。

空气动力学模型的建立也非常关键,只有精确建立了该模型,才能够准确地控制飞行器的位置和姿态。

三、近年来的研究进展近年来,低空飞行器自主导航控制技术得到了迅速发展。

一方面,GPS导航的精度得到了提高,可以为飞行器提供更准确的位置和速度信息。

另一方面,计算机视觉技术也得到了较大的突破,可以为飞行器提供更准确的定位、避障和识别服务。

除此之外,集群控制技术也受到了广泛的关注,可以通过多个飞行器之间的协调,实现更高效、更安全的飞行。

四、未来发展趋势未来,低空飞行器自主导航控制技术的发展趋势将会愈加明显。

一方面,飞行器将会进一步智能化,内置的控制系统将会得到强化,预测与控制的能力将会更强。

500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用

500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用

500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用随着科技的不断发展,无人直升机在民用和军事领域的应用越来越广泛。

而无人直升机的飞控导航系统是其核心部件,对于飞行的安全和效率至关重要。

本文将重点介绍500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用。

一、飞控导航系统的设计1. 飞控系统飞控系统是无人直升机的大脑,负责控制飞机的姿态、飞行高度、速度等。

500公斤级无人直升机通常采用惯性导航系统和GPS卫星导航系统相结合的方式进行飞行控制。

惯性导航系统可以实时监测飞机的姿态和加速度,而GPS卫星导航系统则可以提供飞机的位置和航向信息。

飞控系统通过精确的计算和数据处理,使无人直升机能够实现自主飞行和导航。

2. 导航系统500公斤级无人直升机的导航系统需要具有高精度、高可靠性和抗干扰能力强的特点。

导航系统通常包括导航计算器、导航传感器、导航显示器等组成。

导航计算器负责对飞行数据进行处理和计算,导航传感器可以实时监测飞机的位置、速度和航向,导航显示器则向飞行员展示飞行信息和导航路径。

导航系统还需要具备自动避障、自动着陆等功能,以提高飞行的安全性和可靠性。

3. 通信系统500公斤级无人直升机的通信系统需具备高速、稳定、安全的特点,以保证飞行数据的及时传输和指令的准确执行。

通信系统通常包括航空雷达、卫星通信、数据链等模块,可以实现与地面站的双向通信和飞行数据的实时传输。

通信系统还需要具备防干扰和抗干扰能力,以应对复杂的电磁环境和敌方干扰。

1. 民用应用500公斤级无人直升机在民用领域具有广泛的应用前景,如农业喷洒、环境监测、物流运输等方面。

飞控导航系统可以使无人直升机实现自主脱离和着陆,实时监测作业区域的情况,并根据预先设定的航线进行飞行,大大提高了飞行的安全性和效率。

飞控导航系统还可以实现无人直升机和地面站的实时通信,方便操作人员对飞机进行监控和指挥。

2. 军事应用500公斤级无人直升机在军事领域具有重要的作用,如无人侦察、无人打击、战场通信等方面。

自主式水下机器人的导航系统设计及算法研究的开题报告

自主式水下机器人的导航系统设计及算法研究的开题报告

自主式水下机器人的导航系统设计及算法研究的开题报告一、研究背景水下机器人是一种能够在海洋、湖泊、河流等水体中自主航行、获取信息、完成任务的智能化设备。

随着科技的不断发展,水下机器人已成为海洋探测、水下搜救、海底勘探等领域的重要工具。

而在水下机器人中,导航系统是其最重要的部分之一。

传统的GPS导航技术在水下并不能很好地应用,因为水下水草、岩石、潮汐等复杂环境会干扰信号传输,导致导航不准确。

因此,自主式水下机器人的导航系统相比其他智能机器人的导航系统更复杂,不同地形、潮汐、地形和流动速度变化都要考虑进去。

因此,如何设计一种能够应对复杂环境的自主水下机器人导航系统成为该研究领域的重点。

二、研究内容本研究旨在设计一种能够在复杂水下环境下进行自主航行的导航系统,同时开发相应的算法来提高导航精度。

具体研究内容包括:1. 根据水下机器人的性能和任务需求,选择合适的传感器、电子设备和通讯系统,设计自主式水下机器人的硬件系统。

2. 结合机器人在水下环境中的运动模型和水质环境模型,设计自主式水下机器人的导航算法。

该算法应涵盖环境感知、路径规划和控制三个方面,能够实现机器人的自主航行、感知避障和规避水流的能力。

3. 根据设计的导航算法,实现相应的控制软件,测试验证机器人自主航行、路径规划、避障和水流规避等性能。

三、研究意义自主式水下机器人的导航系统研究具有重要意义,主要表现在以下几个方面:1. 对水下机器人导航技术的研究和探讨具有重要的学术价值,可以为智能机器人导航系统的研究提供借鉴。

2. 自主式水下机器人的导航系统能够应用于海洋探测、水下搜救、水下勘探等领域,具有广阔的应用前景和市场前景。

3. 设计的导航系统对于提高水下机器人的自主控制能力、增强其适应水下环境的能力具有重要意义。

四、研究方法本研究主要采用以下方法:1. 文献综述:通过查阅资料掌握国内外自主式水下机器人的导航系统发展现状、技术瓶颈和解决方法等内容,总结相关算法和实现方式。

小型无人直升机着陆高度单目视觉测量方法

小型无人直升机着陆高度单目视觉测量方法
a n d n o n — d i f f e r e n t i a l GP S l a c k s o f p r e c i s i o n,a mo n o c u l a r v i s i o n — b a s e d S UH h e i g h t me a s u r e me n t me t h o d i s r e s e a r c h e d t o e n h nc a e t h e q u a l i t y o f a u t o n o mo u s l a n d i n g . Un d e r t h e c o n d i t i o n o f o b t a i n i n g t h e b o d y a t t i t u d e a n g l e s
中图分类号 : V2 4 文 献标 识码 :A 文章编号 :1 0 0 0 - 9 7 8 7 ( 2 0 1 3 ) 0 2 01e s t i ma t i o n me t h o d f o r l a nd i n g o f s ma l l u n ma n ne d h e l i c o pt e r b a s e d o n mo n o c ul a r v i s i o n
郑晓平 , 韩 波 , 李 平 , 张 宇
( 1 . 浙 江大学 工业控制研究所 , 浙江 杭州 3 1 0 0 2 7; 2 . 浙江大学 导 航制导与控制研究所 , 浙江 杭 州 3 1 0 0 2 7 )


要 :针对小型无人直升机 自主降落过程 中姿态发生变化和 非差分 G P S高程 精度不 高的情况 , 研究 了
mo d e l , r e a l — t i me c a l c u l a t e h e i g h t d u r i n g l a n d i n g . T h e f e a s i b i l i t y o f t h i s me t h o d i s t e s t i i f e d o n t h e me a s u r i n g s y s t e m, a n d e x p e r i me n t a l r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e me t h o d p e fo r r ms a r e l a t i v e h i g h f e a t u r e r e c o g n i z i n g r a t e a n d r e a l — t i me a n d a c c u r a c y o f o u t p u t r e s u l t c a n e n t i r e l y me e t r e q u i r e me n t s o f l a n d i n g wh e n t i l t a n g l e e x i s t s b e t we e n a i fr r a me

无人机自主着陆中视觉导航技术探究

无人机自主着陆中视觉导航技术探究

无人机自主着陆中视觉导航技术探究摘要:无人机的自动着陆技术,已经成为了国内外重点研究的问题,研究人员开始加强无人机自主着陆过程中的视觉导航技术的研究。

无人机自主着陆就是无人机通过机载导航设备来进行定位导航,用飞机内部的控制系统来控制无人机的降落地点的过程。

视觉导航主要包含了视觉图像的预处理,提取并跟踪目标以及数据融介等几个方面的问题。

本次通过对飞行器的降落等级以及着陆阶段,对无人机着陆时的图像处理技术与位姿的估计等方面的问题进行了研究和分析,研究结果也显示出了将视觉导航技术应用在无人机自主着陆上,其精确性和实时性是非常好的。

通过研究自动着陆导航系统的现状,对其相关的关键技术进行分析。

关键词:无人机;自主着陆技术;视觉导航技术;定位导航前言随着科技的发展,目前我国的无人机技术已经相对成熟,无人机在我国的军事和民用方面都有非常广泛的应用,同时也受到了更多人的喜爱和关注。

它是一种靠动力驱动、机上可无人驾驶的航空器,而且能够重复的使用。

无人机自主着陆技术在无人机全包线自主飞行中有非常重要的作用,无人机在自主着陆过程中用到的导航技术也可以叫做着陆引导技术。

研究人员在研究时应该努力提高导航的精确性和准确性,这对无人机的自主着陆有重要作用。

国内外都在研究无人机的自主着陆导航技术,这项技术包括了以下几个方面:惯性导航系统、卫星导航系统、仪表着陆系统和微波着陆系统。

这其中,惯性导航系统对初始值会比较敏感,所以随着时间的积累,导航的误差会越来越大;卫星导航系统必须依靠无线信号的传播,但是无线信号很容易受到干扰或者因为卫星信号丢失,导致定位不准确,在军事方面很容易受到限制;仪表和微波着陆系统对地面设备没有很大的依赖,不属于自主导航方式。

目前这些系统的精确度还不够,还达不到无人机自主着陆的要求。

科技的快速发展,使我国的图像处理技术和计算机视觉技术都有了很大的发展,视觉导航技术的相关算法也越来越成熟,跟传统的导航方式相比,视觉导航具有无源完全自主的特点,同时也受到了更加广泛、深入的研究。

基于计算机视觉技术的无人机控制系统设计与实现

基于计算机视觉技术的无人机控制系统设计与实现

基于计算机视觉技术的无人机控制系统设计与实现摘要:无人机技术的快速发展为各行各业带来了众多的应用机会。

而基于计算机视觉技术的无人机控制系统的设计与实现,则进一步完善了无人机的智能化水平和飞行安全性能。

本文将从计算机视觉技术的原理、无人机控制系统的关键设计要点以及实际运用案例等方面进行讨论,以期为无人机研发者和应用者提供一定的借鉴与参考。

关键词:计算机视觉技术;无人机控制系统;无人机设计。

1. 引言无人机技术的应用不断拓展,从最初的军事侦察到如今的物流配送、农业植保等领域。

然而,伴随着无人机数量的快速增长和飞行任务的多样化,无人机的智能化和飞行安全性成为了研发的重点。

基于计算机视觉技术的无人机控制系统的设计与实现,能够提供更为精确的地面目标识别、轨迹规划和飞行控制,有效提升了无人机的智能化水平和应用价值。

2. 计算机视觉技术的原理计算机视觉技术是一种模仿人眼视觉系统的信息处理和认知原理,通过对图像和视频进行信息提取和分析,实现对目标的识别、跟踪和测量。

计算机视觉技术主要包括图像获取、图像预处理、特征提取和目标识别等多个环节。

其中,图像获取环节通过摄像头或传感器获取无人机飞行过程中的图像,图像预处理通过去噪、图像增强等方法提升图像质量,特征提取环节通过算法提取图像中的特征信息,目标识别环节通过分类器对目标进行识别。

3. 无人机控制系统的关键设计要点3.1 图像处理算法的选择无人机的实时反馈和决策依赖于图像处理算法的准确性和实时性。

在设计无人机控制系统时,需要结合实际应用场景选择最适合的图像处理算法。

例如,目标检测可以采用基于深度学习的物体检测算法,轨迹规划可以采用基于图论的路径规划算法。

3.2 高速图像获取与传输无人机的快速飞行对图像获取和传输的速度提出了更高的要求。

为了保证无人机能够在高速飞行过程中获取到清晰的图像,并及时将图像传输到地面控制中心,需要采用高速图像传输技术和优化传输协议。

如Wi-Fi、5G等技术可提供稳定且高速的图像传输能力。

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The small-scale unmanned helicopters have very important military, civil and scientific research value. Autonomous landing is one of the main flying mission phases, and it’s also a phase full of accidents. Compared with other phases, it requires the navigation system not only to provide high precision parameters, real-time performance and reliability, but also off-land distance as much as possible, in order to prevent the helicopter from hitting the ground too strong which leads to an accident. As a result, design a navigation system suitable for autonomous landing not only has important research value, but also of great practical significance. This dissertation takes SJTU "Sky-walker" small-scale unmanned helicopter as the main application target, and designs a visual navigation system based on computer vision which meets the special requirements. Since lack of the ability to carry out actual flight experiments, and actual flight experiments have high risks, simulation is used to design and implement the visual navigation system in MATLAB-Simulink platform after the position and attitude measurements are carried out. And it will also assess the performance of the navigation system, such as feasibility, accuracy, robustness and etc. The main contents include the following two aspects:
上海交通大学 硕士学位论文 小型无人直升机自主着陆视觉导航系统设计及仿真 姓名:阮利锋 申请学位级别:硕士 专业:计算机应用技术 指导教师:盛焕烨 20090101
上海交通大学硕士学位论文
摘要
小型无人直升机自主着陆视觉导航系统设计及仿真 摘 要
具有自主飞行能力的小型无人直升机具有重要的军事、民用和科学研究 价值。 无人直升机的自主着陆阶段是飞行任务中的重要阶段之一, 同时也是 一个安全事故的多发阶段。 因为该阶段对导航系统的要求相对于其他阶段而 言,除了具有较高的导航精度、实时性及可靠性外,还需要尽可能地提供无 人直升机距离地面的实时高度, 以防止在垂直方向上降落过快而导致与地面 发生强烈碰撞并引发安全事故。 因此, 设计一种适合于无人直升机自主着陆 阶段的导航系统具有重要的研究价值,同时也具有重大的现实意义。 本文以上海交通大学“天行者”小型无人直升机为主要应用对象,采用 基于计算机视觉的视觉导航技术, 设计了一种符合无人直升机自主着陆阶段 特殊要求的视觉导航系统。 鉴于目前缺乏某些硬件条件而不具备进行实际自 主飞行试验的能力, 且实际飞行试验具有较高的安全风险, 本文将在完成计 算机视觉测量试验的基础上,结合“天行者”小型无人直升机自主飞行控制 系统,在 Matlab 仿真环境中对利用视觉导航系统进行导航的自主着陆过程 进行仿真研究,验证该导航系统的可行性、正确性及鲁棒性等系统性能。本 文的主要内容包括以下两个方面: 1)基于计算机视觉原理的位姿测量试验:设计着陆平台图案,并由摄像 机捕获着陆平台所在环境的数字图像。 通过图像分析和处理过程, 提取特征 图形中所隐含特征点,计算摄像机相对与着陆平台所处的位姿参数。
III
上海交通大学硕士学位论文
Abstract
1) Position and attitude measurements based on the principle of computer vision: Design landing platform graph and its image is taken by a digital camera. Extract feature points hidden in the image through image analysis and processing, and finally calculate the camera’s position and attitude parameters relevant to the landing platform. 2) Simulation of a visual navigation system for small-scale unmanned helicopter autonomous landing: Design camera model and its cradle head model, and make these models much closer to the reality by introducing random error. Autonomous landing simulation platform based on visual navigation system is designed, which is also combined with autonomous flight control algorithm. The navigation system’s performance is also assessed. In addition, VRML is used to set up a simulation scenario, which makes the results more intuitive and lively, and also enhances the system’s expressive force. The visual navigation system used for autonomous landing is designed and verified in the form of simulation. Since there are some differences between simulation and real environment, further research and exploration are needed in order to push this system to be a practical application.
关键词:视觉导航系统;计算机视觉;摄像机标定;无人直升机
II
上海交通大学硕士学位论文
Abstract
Design and Simulation of a Visual Navigation System for Small-scale Unmanned Helicopter Autonomous Landing Abstract
KEY WORDS: Visual navigation system; Computer vision; Camera calibration; Unmanned helicopter
IV
上海交通大学硕士学位论文
图目录
图 目 录
图 1-1 典型无人机图片 ............................................................................................................ 1 图 1-2 起落架滑轮着陆方式 .................................................................................................... 3 图 1-3 美国加州大学伯克利分校的无人机着陆平台 ............................................................ 8 图 1-4 美国南加州大学的无人机着陆平台 ............................................................................ 9 图 1-5 北京航空航天大学的无人机着陆平台 ........................................................................ 9 图 1-6 上海大学的无人机着陆平台 ...................................................................................... 10 图 2-1 摄像机透视投影模型 .................................................................................................. 12 图 2-2 直升机坐标
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