四旋翼无人机自主移动降落方法研究
微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析
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国内开展了 微 小型 四 旋翼 无 人机 的 相关 技 术研 究。主要两种四旋翼, 图 4所 示四旋 翼机 身由两 支空 心铝竿构成; 动 力 设备 采 用 Dragan flyer ! 旋 翼、 瑞士 M axon 电机以及自行 设计 的齿轮 减速 装置; 飞行 控制 系统主要包括飞行控 制计 算机、 旋 翼转速 伺服 控制子 系统、 传感器子系统、 无线通信子系统。图 5 所示四旋 翼采用玻纤板结构, 重量轻, 且不易损坏。螺旋桨采用 10 in( 1 in = 2. 54 c m ) GW S 三叶正反桨, 经过多次飞行 试验证明该桨抗 撞击 力强, 不 易折断。视 频采 集模块 可以实时传输视频 (图 像压 缩, 可以 通过 W iF i实时传 输 ) , 数据加载卡可记录飞行数据。下一步的研究目标 是实现在室外环境中 高精 度姿态 稳定控 制、 全 自主航 点飞行、 碰撞规避等实验。
图 2 X 4 F ly er 图 3 X 4 F lyer M ark I 四旋翼平台 F ig . 3 X 4 F lye rM a rk I M ark II四旋翼 平台 F ig . 2 X 4 F lye rM ark II
1 . 1 微小型四旋翼原型探索研究与开发 主要介绍瑞士洛桑联邦科技学 院 ( EPFL ), 澳 大利 亚国立大学 ( AUN ) 以 及 国内 某大 学在 微 小型 四旋 翼 无人机原型探索方面的研究进展。 瑞士洛桑联 邦科技 学院 OS4项 目 ( Omn id irect ional
。 OS4四旋翼无
人机是由电 力驱动的 (见图 1) , 可在室内 /外环 境全自 主飞行。 OS4原型是全自主四旋翼平台, 该项目的研究 目标是设 计和 开发一 个自主 控制 四旋翼 直升 机系统。 此外, EPFL 还研究了 OS4的避障问题 , 使用 4个超声 波传感器探测障碍物、 一个 超声波传感 器测高度, 并在 M atlab /S m i u link仿真环 境下进行了 OS4 避障模 型的测 试, 设计了避障控制器、 基于 位置和速度 控制的 5 种不 同避碰方法, 并做了 相关测试 实验证 明, OS4在 仿真环
四旋翼无人机研究现状及研究意义
四旋翼无人机研究现状及研究意义四旋翼无人机是一种可以进行垂直起降和悬停的飞行器。
它由四个垂直起降的电动螺旋桨和一个设备负载平台组成，可以携带各种传感器和设备，用于完成各种任务，如航拍、输送物资、监视和侦查等。
近年来，四旋翼无人机的研究不断发展，它在农业、气象、电力、物流等领域得到了广泛应用。
目前，四旋翼无人机研究的主要方向包括控制系统、感知与导航、通信与协同和物理设计等。
控制系统研究主要包括飞控算法、姿态控制和轨迹规划等，旨在提高无人机的飞行稳定性和精确性。
感知与导航研究主要关注无人机的环境感知和自主导航能力，包括视觉识别、避障和地图构建等。
通信与协同研究主要关注无人机之间的信息交流和协同任务能力，实现多机协同和群体行为。
物理设计研究主要关注无人机的结构设计和材料选择，以提高无人机的轻巧性和飞行效率。
四旋翼无人机的研究具有重要的意义。
首先，四旋翼无人机可以完成人力难以达到的任务，如航拍高空照片、观察植物生长和监测天气等，为科学研究和实际应用提供了有力的工具。
其次，四旋翼无人机可以实现航空领域的自主化和智能化，通过自主导航和协同任务能力提高飞行器的效能和安全性。
再次，四旋翼无人机在物流和运输领域的应用前景广阔，可以实现货物的快速和安全运输，减少人力和时间成本。
最后，四旋翼无人机在农业领域的应用也具有重要意义，可以实现农作物的精细管理和立体耕作，提高农业生产效益。
总之，四旋翼无人机的研究正在不断发展，它的应用领域广泛，具有重要的研究意义和实际应用价值。
在未来的研究中，需要加强控制系统的研究，提高飞行器的稳定性和控制精度。
同时，还需要加强对感知与导航、通信与协同和物理设计等方面的研究，实现无人机的自主化和智能化。
更加全面和深入的研究将促进无人机技术的进一步发展和应用。
毕业论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计
2016 南阳理工学院本科生毕业设计论文学院系电子与电气工程学院专业电子信息工程学生指导教师完成日期南阳理工学院本科生毕业设计论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计Autonomous control system for the quadrotor unmannedaerial vehicle based on ARM processors总计毕业设计论文25 页表格0 个插图20 幅3 南阳理工学院本科毕业设计论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计Autonomous controlsystem for the quadrotor unmanned aerial vehicle based on ARM processors学院系电子与电气工程学院专业电子信息工程学生姓名学号指导教师职称评阅教师完成日期南阳理工学院Nanyang Institute of Technology4基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计[摘要]针对改变传统以单片机为处理器的四旋翼自主控制飞行器控制方式的问题设计了一种基于嵌入式ARM的飞行控制系统的设计和实现方案。
这是一种基于ARM的低成本、高性能的嵌入式微小无人机飞行控制系统的整体方案。
详细介绍了控制系统的总体构成以及硬软件设计方案包括传感器模块、视屏采集模块、系统核心控制功能模块、无线通信模块、地面控制和数据处理模块。
实验结果表明该设计结合嵌入式实时操作系统保证了系统的高可靠性和高实时性能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求。
[关键词]ARM四旋翼自主飞行器控制系统。
Autonomous control system for the quadrotor unmannedaerial vehicle based on ARM processors Abstract In order to change the conventional control of four—rotor unmanned aerial vehicles using microcontroller as the processor a solution of flightcontrol system based on embedded ARM was presented which is low-cost,small volume, low power consumption and high performance. The purpose ofthe work is for attending the National Aerial Robotics Competition. The mainfunction of the system the hardware structure and the software design werediscussed in detail including the sensor module the motor module the wirelesscommunication module With embedded real time operating system to ensurethe system’s high reliability and real-time performance the experiments resultsshow that the requirements of flight mode are satisfied including taking ofhovering and landing and so onKey words ARM four-rotor unmanned aerial vehicles control system5 of the control signals 1 四旋翼飞行器的简介 1.1题目综述微型飞行器MicroAir Vehicle/MAV的概念最早是在上世纪九十年代由美国国防部远景研究局DARPA提出的。
四旋翼无人机设计与制作毕业论文
四旋翼无人机设计与制作毕业论文摘要：无人机作为一种重要的航空器，具有广泛的应用前景。
本论文以四旋翼无人机为研究对象，通过对其设计与制作的实践，在硬件和软件方面进行详细阐述。
主要包括无人机的结构设计、电路设计以及飞行控制系统的编程。
通过实际测试，验证了该无人机的飞行性能。
关键词：无人机、四旋翼、设计、制作、飞行控制系统第一章引言无人机是一种可以在没有人操控的情况下自主飞行的航空器。
其广泛应用于航拍、农业、交通、救援等领域。
四旋翼无人机作为一种应用广泛的无人机，具有结构简单、稳定性好的特点。
因此本论文以四旋翼无人机为研究对象，旨在通过具体的设计与制作过程探究其相关技术和原理。
第二章无人机的结构设计2.1无人机的基本组成部分2.2机身设计机身的设计要考虑到材料的轻量化和强度的要求。
一般使用轻质的碳纤维材料制作机身，同时增加机身的刚性，提高结构的强度和稳定性。
2.3电机和螺旋桨设计电机是驱动四旋翼无人机飞行的关键器件，其选型要根据负载和飞行需求来确定。
同时，螺旋桨的选择也要考虑到机身的尺寸和重量，以及飞行的稳定性。
第三章无人机的电路设计3.1电路原理图设计根据四旋翼无人机的功能要求，设计相应的电路原理图。
主要包括电源供给电路、电机驱动电路和飞行控制系统。
3.2电路板制作将电路原理图转化为实际的电路板，并通过蚀刻和钻孔等工艺制作出来。
可使用CAD软件进行设计，选择合适的印刷电路板材料，然后通过化学方法蚀刻出电路线路图。
第四章无人机的飞行控制系统的编程4.1控制算法设计无人机的飞行控制系统是其能够自主飞行的关键。
通过对四旋翼无人机的姿态控制、高度控制和速度控制等方面进行算法设计。
4.2编程实现基于设计出的控制算法，利用C语言等编程语言进行实际代码的编写。
通过传感器采集到的数据以及飞行控制系统的指令进行相应的处理，并将处理结果发送给无人机的执行机构（电机）。
第五章实验与结果分析通过将设计好的无人机进行实际测试，对其飞行性能进行验证。
飞行器自主控制技术研究
摘要随着自动控制技术和智能决策技术的不断发展，无人机凭借其低成本，零伤亡，可重复使用和高机动等优点，成为了当代战争的重要作战工具之一，有着不可替代的作用。
旋翼式飞行器作为一种无人机，其起飞和降落所需空间较少，在障碍物密集环境下的操控性较高，以及飞行器姿态保持能力较强的优点，在民用和军事领域都有广泛的应用前景。
尤其是近年来对四旋翼飞行器的研究成果较多，融合了自动控制、传感以及计算机科学等诸多技术，成为了未来无人机的主要发展趋势，并成为目前重点的研究对象。
由于四旋翼飞行器具有体积小、重量轻、功耗低、具有多变量、非线性、强耦合、欠驱动等特性，其控制问题一直是该领域的研究重点。
本论文的主要工作如下：1）本文首先对小型四旋翼飞行器的国内外研究现状进行了简单的介绍；介绍四旋翼无人飞行器涉及的关键技术，设计了四旋翼无人飞行器整体结构，包括四旋翼无人飞行器的机械结构、控制系统硬件，搭建四旋翼无人飞行器研究平台。
2）对四旋翼无人飞行器进行力学分析，以小型四旋翼飞行器为实际对象，对四旋翼的建模和控制方法做了研究。
根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究，在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型，四旋翼飞行器有各种的运行状态，并对飞行器进行力学分析。
3）通过选取四旋翼无人飞行器在运动过程中的受力分析，完成对其动力学模型的建立，通过对传递函数做适当简化得到了系统仿真模型。
进一步推出四旋翼无人飞行器在旋转运动和直线运动上的传递函数，针对现有四旋翼无人飞行器结构，建立机体坐标系，为四旋翼无人飞行器的飞行控制器的设计提供了可靠的控制模型。
4）通过Matlab中的Simulink模块，分别对姿态回路PI控制算法、姿态和位置回路的PID控制算法和积分分离PID控制算法进行了仿真，通过对PID飞行控制算法进行Matlab仿真可知，四旋翼无人飞行器在PI、PID、积分分离PID 控制算法下是可控的。
通过仿真观察到飞行器能够基本达到稳定飞行的目的，不过在在实际检测系统中还是容易受到干扰，所以还是需要必要的控制。
四旋翼无人机起降,转向,平移原理
四旋翼无人机起降,转向,平移原理四旋翼无人机是一种由四个电动转子驱动的飞行器，它具有起降、转向和平移的能力。
本文将分别介绍四旋翼无人机的起降原理、转向原理和平移原理。
一、起降原理四旋翼无人机的起降原理是通过调整转子的转速来产生升力或下降力。
在起飞时，四个转子的转速逐渐增加，产生的升力逐渐超过无人机的重力，使其离开地面。
在降落时，转子的转速逐渐减小，降低升力，使无人机缓慢下降并最终落地。
起降过程中，四旋翼无人机通过内置的陀螺仪和加速度计等传感器实时感知自身的姿态和高度，并通过飞控系统调整转子的转速来控制飞行器的升降。
二、转向原理四旋翼无人机的转向原理是通过调整转子的转速差异来实现。
当飞行器需要转向时，它会增加一侧转子的转速，减小另一侧转子的转速，产生的不对称升力会使无人机产生一个向一侧的转向力矩，从而实现转向。
通过不同转速的调整，可以实现无人机的各种转向动作。
转向过程中，飞行控制系统会根据飞行器的姿态和目标转向角度，自动调整各个转子的转速，使飞行器平稳、快速地完成转向动作。
三、平移原理四旋翼无人机的平移原理是通过调整四个转子的转速和倾斜机身来实现。
当飞行器需要向前或向后平移时，它会增加前后方向的转子的转速，减小垂直方向的转子的转速，并倾斜机身，产生的气流向后或向前推动无人机实现平移。
当飞行器需要向左或向右平移时，它会增加左右方向的转子的转速，减小垂直方向的转子的转速，并倾斜机身，产生的气流向左或向右推动无人机实现平移。
平移过程中，飞行控制系统会根据飞行器的姿态和平移速度的要求，自动调整各个转子的转速和机身的倾斜角度，使飞行器平稳、精准地完成平移动作。
总结起来，四旋翼无人机的起降、转向和平移原理是通过调整转子的转速和机身的姿态来实现的。
通过内置的传感器和飞行控制系统，飞行器可以实时感知自身的状态并做出相应的调整，从而实现各种飞行动作。
这些原理的应用使得四旋翼无人机具备了灵活、稳定的飞行能力，广泛应用于航拍、物流配送、农业植保等领域。
四旋翼无人机控制方法研究
四旋翼无人机控制方法研究随着科技的不断发展，无人机已经成为了现代航空技术的一个重要组成部分。
四旋翼无人机由于其灵活性和易于操控的特点，已经成为了航拍、物流、农业、应急等领域的重要工具。
然而，四旋翼无人机的控制问题一直是无人机研究的热点之一。
本文将从四旋翼无人机的基本结构、运动模型和控制方法三个方面来探讨四旋翼无人机的控制方法研究。
一、四旋翼无人机的基本结构四旋翼无人机是一种翼展非常小的无人机，其基本结构包括四个旋翼、机身和飞控系统。
四个旋翼均匀分布在机身四个角落，通过无刷电机驱动旋翼快速旋转产生升力和推力。
机身部分包含电池、航空电子设备、传感器等。
飞控系统负责控制四旋翼无人机的姿态、定位和航线飞行等。
二、四旋翼无人机的运动模型为了更好地控制四旋翼无人机，需要首先了解其运动模型。
四旋翼无人机可以看作是一个刚体，其运动状态可以用欧拉角（俯仰角、翻滚角、偏航角）来描述。
四旋翼无人机的运动可以分为三个方向：竖直方向、水平方向和偏航方向。
其中，竖直方向的运动由四个旋翼同时产生的升力控制；水平方向的运动由旋翼的扭矩和倾斜控制实现；偏航方向的运动由旋翼的产生的气流的方向控制。
三、四旋翼无人机的控制方法1. 经典PID控制方法PID控制器是一种经典的控制器，其输出信号取决于误差信号（当前值与目标值之间的差异）、偏差信号（当前误差与前一次误差的差额）和积分信号（误差信号的总和）等。
经过连续地调节PID控制器的参数，可以实现四旋翼无人机的稳定控制。
2. 自适应控制方法自适应控制方法能够根据环境和被控对象的变化自动调整控制参数，适应各种不同情况。
这种方法可以提高系统的适应性和鲁棒性，但是需要较为复杂的算法和模型。
3. 模型预测控制方法模型预测控制方法是一种较为新颖的控制方法，其基本思想是通过构建四旋翼无人机的运动模型来预测其未来的运动轨迹，并通过优化预测结果来进行控制。
这种方法可以提高四旋翼无人机的控制精度和效率，但需要较高的计算能力和精确的运动模型。
四旋翼无人机研究现状及研究意义
四旋翼无人机研究现状及研究意义四旋翼无人机（Quadcopter）是一种以四个对称布置的旋翼为主要飞行装置的无人机。
由于其结构简单、控制灵活、携带能力强等特点，近年来已经成为无人机领域的研究热点之一、以下将从研究现状和研究意义两个方面进行探讨。
目前，四旋翼无人机的研究涵盖了不同层面和领域。
在飞行控制方面，研究者基于PID控制、模糊控制、神经网络等方法，不断提高四旋翼无人机的稳定性和控制精度。
在传感器技术方面，激光雷达、红外传感器等高精度传感器的应用使得四旋翼无人机在环境感知和避障方面取得了突破。
在自主导航与路径规划方面，利用图像处理、机器学习等技术，使得四旋翼无人机能够在复杂环境中进行自主飞行和路径规划。
此外，四旋翼无人机在农业、环境监测、物流配送等领域的应用也得到了广泛研究。
首先，四旋翼无人机的应用领域广泛。
在农业领域，可以利用四旋翼无人机进行精准种植、植保喷洒等操作，提高农作物的产量和质量；在环境监测方面，可以利用四旋翼无人机进行空气污染监测、水质监测等工作，提供及时、准确的数据支持；在物流配送方面，四旋翼无人机可以实现快递、医疗物资等紧急物资的快速送达，提高配送效率。
因此，研究四旋翼无人机的应用技术对于推动相关领域的发展具有重要意义。
其次，四旋翼无人机在紧急救援和灾害应急方面具有巨大潜力。
在自然灾害和人为灾害发生时，四旋翼无人机可以快速到达事故现场，通过图像采集、搜救定位等功能，提供重要的信息支持和援助救援行动。
在城市交通堵塞、海上搜救等场景中，四旋翼无人机也可以发挥重要作用，提高救援效率，减少人员伤亡。
此外，四旋翼无人机在科学研究和教育培训方面也有着重要作用。
科学家们可以利用无人机采集数据，进行地质勘探、环境监测、天文观测等研究。
在教育培训方面，四旋翼无人机可以作为教学工具，帮助学生更好地理解物理学、数学等学科知识，培养创新思维和动手能力。
总之，四旋翼无人机作为一项新兴技术，其研究具有重要的现实意义和应用前景。
基于光流估计的无人机自主着陆
２．２ 光流场的递归更新
由 Θ的方程式 （１５）可得视觉可见的光流场估计。但
向量进行分组，可以通过估计平面光流场的参数限制孔径，定义光流场的递归更新和置信度对其性能进行优化评
估，提高算法的精度。通过在公开数据集的实验，验证了算法对着陆运动中垂直运动、水平运动、旋转运动状态估计
的可行性；实验结果表明：所提出的方法能应用于着陆的多种运动情况，可以在较宽的速度范围内获得准确的运动
Ｓ２，ｎ２
ｚ
Ｖ２，ｎ２
Ｓｍ，ｎｍ
Ｖｍ，ｎｍ
（１４）
其 形 式 为 ＡΘ≈ ｙ，可 以 从 法 线 方 程 获 得 加 权 最 小 二
乘解：
ＡＴＷＡΘ ＝个方向光流向量的权重组成的对角线矩阵：
Ｗ ＝ｄｉａｇ（Ｗ１，…，Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗ２，…，Ｗｍ） （１６）
第 ４２卷 第 ６期
兵器装备工程学报
２０２１年 ６月
【信息科学与控制工程】
ｄｏｉ：１０．１１８０９／ｂｑｚｂｇｃｘｂ２０２１．０６．０３５
基于光流估计的无人机自主着陆
唐大全，唐管政，谷旭平
（海军航空大学，山东 烟台 ２６４００１）
摘要：针对旋翼无人机自主着陆过程中运动状态估计的问题，提出了基于光流估计的着陆方法，通过按方向对光流
场表达式：
{ｕ＾Ｔ ＝（－ｘ ＋ｘ＾ｚ）（１－ＺＸｘ＾－ＺＹｙ＾） ＾ ｖＴ ＝（－ｙ ＋ｙ＾ｚ）（１－ＺＸｘ＾－ＺＹｙ＾）
（９）
旋转速度 ｐ、ｑ会导致附加的平移速度分量引入到 ＵＣ 和
ＶＣ 中，并在 ｘ和 ｙ中体现：
唐大全，等：基于光流估计的无人机自主着陆
２０３
{ｘ
＝ ＶＢ ＺＣ
－ｐΔＺ ＺＣ
ｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｄｎａｎｃｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，４２（０６）：２０１－２０６．
四旋翼飞行器实验报告
四旋翼飞行器实验报告-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1实验报告课程名称：《机械原理课内实验》学生姓名：徐学腾学生学号： 1416010122所在学院：海洋信息工程学院专业：机械设计制造及其自动化报导教师：宫文峰2016年 6 月 26 日实验一四旋翼飞行器实验一、实验目的1.通过对四旋翼无人机结构的分析，了解四旋翼无人机的基本结构、工作的原理和传动控制系统；2. 练习采用手机控制终端来控制无人机飞行，并了解无人机飞行大赛的相关内容，及程序开发变为智能飞行无人机。
二、实验设备和工具1. Parrot公司AR.Drone2.0四旋翼飞行器一架；2. 苹果手机一部；3. 蓝牙数据传输设备一套。
4. 自备铅笔、橡皮、草稿纸。
三、实验内容1、了解四旋翼无人机的基本结构；2、了解四旋翼无人机的传动控制路线；3、掌握四旋翼无人机的飞行控制的基本操作；4、了解四旋翼无人机翻转动作的机理；5、能根据指令控制无人机完成特定操作。
四、实验步骤1、学生自行用IPHONE手机下载并安装AR.FreeFlight四旋翼飞行器控制软件。
2、检查飞行器结构是否完好无损；3、安装电沲并装好安全罩；4、连接WIFI，打开手机AR.FreeFlight软件，进入控制界面；5、软件启动，设备连通，即可飞行。
6、启动和停止由TAKE OFF 控制。
五、注意事项1.飞行器在同一时间只能由一部手机终端进行控制；2. 飞行之前，要检查螺旋浆处是否有障碍物干涉；3. 飞行之后禁止用手去接飞行器，以免螺旋浆损伤手部；4. 电量不足时，不可强制启动飞行；5. 翻转特技飞行时，要注意飞行器距地面高度大于4米以上；6. 飞行器不得触水；7. 飞行器最大续航时间10分钟。
六、实验相关问题1. 整理四旋翼飞行器的传动控制路线。
四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，对角线方向上的旋翼旋转方向相同，相邻旋翼旋转方向相对，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。
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速 响应，实现了无人机对移动目标的智能识别、稳定跟踪及移动降落。
关 键 词 目标跟踪，移动降落，Apriltags，Kalman滤波，拟合函数，PID
中 图 法 分 类 号 TP249
文献of Quad-rotor UAV
JIA Pei-yang1，2 PENG Xiao-dong1 ZHOU Wu-gen1，2
1 基本原理
1 . 1 目标识别与跟踪 帧差法、均 值 漂 移 算 法 （M e a n S h ift) 、连 续 自 适 应 M ean-
S h ift 算法 （C a m S h ift) 、光 流 法 、T L D (T ra c k in g -L e a rn in g -D ete c tio n )是 常 用 的 移 动 目 标 识 别 与 跟 踪 方 法 [611]。上述方法 的优缺点如表1 所列。
无人机的移动降落涉及到了计算机视觉、控 制 、轨迹预估 等 知 识 [3]，存 在 技 术 难 度 高 、定 位 精 度 差 、控 制 响 应 延 时 、处 理 速 度 慢 等 问 题 [45]。无 人 机 需 快 速 识 别 移 动 目 标 ，获 取 目 标 三 维 位 姿 信 息 ，实 现 稳 定 跟 踪 ，并 不 断 靠 近 目 标 ，进 而 移 动 降 落 。 本 文 针 对 无 人 机 移 动 降 落 过 程 中 的 识 别 、跟 踪 及 降 落 技 术 进 行 了研究，旨在寻找一种自主智能移动降落的方法。
(National Space Science Center,Chinese Academy of Sciences,Beijing 1 0 0 19 0 ,China)1 (College of Computer and Control,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 1 0 0 19 0 ,China)2
摘 要 近 年 来 ，四旋翼无人机在自主完成各种复杂任务中扮演着愈发重要的角色。移动降落技术是无人机智能处
理系统的关键技术，包 含 3 个环节 ：目标检测、目标跟踪、位 置 预 估 及 降 落 。提 出 了 一 种 基 于 A priltags的跟踪降落算
法 ，提升了识别性能，通 过 Kalman滤波及拟合函数等方法预估运动目标轨迹，采 用 PID算法控制无人机稳定飞行、快
上述方法均存在缺点，不 能 满 足 本 文 移 动 降 落 的 需 求 。 本 文 针 对 移 动 降 落 任 务 需 求 对 A p rilta g s 算 法 进 行 改 进 ， 实 时 提 取 目 标 距 离 无 人 机 的 三 维 位 置 及 姿 态 信 息 ，提 升 了 处 理 性 能 ，满足了目标识别与跟踪任务需求。
Keywords Target tracking, Autonomous landing, Apriltags, Kalman filter,Fitting function,PID
近 年来，无人机由于机动性好、成 本 低 廉 、飞行姿态易控 制等优点，在军事和民用领域得到了广泛应用[1]。其 中 ，无人 机结合计算机视觉的研究成果[2]，相 继 在 视 频 监 控 、智 能交 通 、灾后搜救、情报搜集、影 像 拍 摄 等 场 景 被 应 用 。通过无人 机 机 载 摄 像 头 实 现 对 移 动 目 标 的 识 别 与 跟 踪 ，并 在 快 速 移 动 平 台 上 移 动 降 落 ，对 推 广 无 人 机 应 用 具 有 重 要 的 应 用 价 值 。
Abstract In recent years, quad-rotor UAV plays an increasingly important role. Autonomous landing is the key tech
nology for UAV^s intelligence processing system,and it has three main steps：target detection, target tracking, position prediction and landing. In this paper, the improved Apriltags algorithm was used to get target^s 3D position and attitude in real time. PID algorithm and Kalman filtering were used to make the UAV^ s flying more stable and its responding more quickly. Fitting function was used to predict the UAV^s flying path. In conclusion, the method realizes the UAV^s intelligent recognition, stable tracking and autonomous landing for moving target.
表 1 目标识别与跟踪算法的优缺点
方法 帧差法 MeanShift CamShift 光流法
T L D 算法
优点 计 算 量 小 ，速 度 快 计 算 简 单 ，易 于 实 现
可以自适应地调整目标区域 包含目标运动三维信息 可长时间跟踪单目标， 具备重检测功能
缺点 应用场景固定 小或快速移动目标不适用 背景区分度低时效果差 计 算 量 巨 大 ，实 时性 差
第 4 4 卷 第 11A 期 2017年 11月
计算机科学 COMPUTER SCIENCE
Vol.44 No.11A Nov. 2017
四旋翼无人机自主移动降落方法研究
贾配洋〃
1 彭 晓 东
周武根〃
(中国科学院国家空间科学中心北京100190)1 (中国科学院大学计算机与控制学院北京100190)2