基于視覺的無人機(jī)著陸段位姿估計(jì)及控制方法研究.pdf

1、近年來，固定翼無人機(jī)以其載重量大、續(xù)航時(shí)間長、低成本、無傷亡風(fēng)險(xiǎn)、不受人體體形限制等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于軍事偵察領(lǐng)域。但統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明無人機(jī)在著陸的過程中往往具有依賴固定跑道或者著陸配套設(shè)備無法在未知區(qū)域進(jìn)行著陸、已有著陸系統(tǒng)昂貴且安裝不便的不足，因此針對(duì)無人機(jī)的著陸導(dǎo)航研究一直是國內(nèi)外大量機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。其中，視覺導(dǎo)航以其輕巧、造價(jià)低廉、完全自主性的優(yōu)勢(shì)，并且在近距離具有更好的導(dǎo)航精度，成為了一大研究方向，衍生出了針對(duì)固定翼式無人機(jī)的視

2、覺著陸方法。針對(duì)固定翼式無人機(jī)的視覺著陸問題，本文選擇了以自然環(huán)境中的地平線信息和無人機(jī)著陸必備的跑道信息的圖像作為著陸研究對(duì)象，從圖像預(yù)處理、著陸特征提取、視覺姿態(tài)解算、著陸軌跡生成、著陸過程引導(dǎo)這幾個(gè)方面進(jìn)行展開論述。
　　首先，提取無人機(jī)攝像頭實(shí)時(shí)圖像特征。針對(duì)圖像預(yù)處理，為提取導(dǎo)航算法所需的地平線和跑道信息，使用暗原色先驗(yàn)處理方法對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，減少云、煙、霧的干擾。在對(duì)暗原色圖像進(jìn)行圖像分割后存在的干擾信息時(shí)，引入形態(tài)

3、學(xué)圖像處理，排除圖像中的無用信息，有效分割出地平線；另外，由于跑道背景情況比較復(fù)雜，在分割過程用紋理分析方法進(jìn)行改進(jìn)，增加了圖像邊緣提取效果。采用Hough變換對(duì)直線特征進(jìn)行提取，并從單張圖像和序列圖像兩方面進(jìn)行了算法改進(jìn)，減少過程計(jì)算量。
　　然后，就著陸導(dǎo)航問題，建立基于機(jī)器視覺的無人機(jī)位姿估計(jì)模型。提出了利用地平線信息與相機(jī)之間的幾何關(guān)系獲取無人機(jī)的姿態(tài)的導(dǎo)航方法。建立了光流法和無人機(jī)角速度間的模型關(guān)系，設(shè)計(jì)出以地平線的光流

4、信息為基礎(chǔ)的無人機(jī)測姿方法。為了提高導(dǎo)航數(shù)據(jù)的精度，采用了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對(duì)地平線法和光流法兩種測姿方法的結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)融合，并引入殘差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷，去除數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤項(xiàng)，增加導(dǎo)航精度。
　　最后，設(shè)計(jì)了無人機(jī)著陸引導(dǎo)控制。為了完成對(duì)固定翼式無人機(jī)的著陸引導(dǎo)，根據(jù)航路點(diǎn)生成了著陸參考軌跡，計(jì)算了參考航向角。提出基于視覺法，根據(jù)跑道信息獲取到無人機(jī)的飛行航向角；根據(jù)跑道寬度信息獲取到無人機(jī)的實(shí)時(shí)高度信息。建立橫、縱向制導(dǎo)控制回路，實(shí)