旋翼無人機跟蹤地面移動目標的視覺控制.pdf

1、旋翼無人機在垂直起降、低速穩(wěn)定飛行、機動性等方面有著固定翼無人機所不能比擬的優(yōu)勢，因此裝備有視覺傳感器的旋翼無人機能夠廣泛的應用于軍事偵察、實時監(jiān)控、災區(qū)救援與地質(zhì)勘探等領域，基于視覺的無人機目標跟蹤技術的研究也得到了各國研究人員的關注，成為無人機領域的研究熱點之一。
　　本文以裝備有云臺和相機的小型無人直升機為工作平臺，對無人直升機地面目標的視覺跟蹤問題進行了研究。無人機對地面目標的視覺跟蹤問題，主要是指裝有相機的云臺指向鎮(zhèn)定和

2、無人機對目標的跟蹤兩個部分。在無人直升機飛行控制系統(tǒng)和云臺控制系統(tǒng)的能夠控制無人直升機位姿和云臺轉(zhuǎn)向的前提下，分別對云臺和無人機目標跟蹤問題進行了數(shù)學描述，得到了目標跟蹤控制器的設計指標，并通過卡爾曼濾波器估計出了目標的運動狀態(tài)。最后分別對云臺和無人機進行了目標跟蹤控制器設計。具體實現(xiàn)如下：
　　首先，論文對無人直升機地面移動目標跟蹤問題進行了數(shù)學描述。通過對無人機與目標的相對運動關系進行分析，得到了無人機與目標之間的相對運動學非

3、線性模型，并進一步得出了無人機目標跟蹤的動態(tài)誤差。接著通過對云臺跟蹤回路進行分析，推導出了云臺控制回路的數(shù)學模型，并給出了云臺跟蹤控制器的設計指標。
　　然后，論文采用視覺測量與卡爾曼濾波對所跟蹤的目標進行了狀態(tài)估計。本文采用了一種基于靜態(tài)特征點位置的方法求取運動目標的三維位置信息，并建立了目標的狀態(tài)方程與觀測方程，設計卡爾曼濾波器對地面運動目標進行狀態(tài)估計，通過蒙特卡羅實驗驗證了濾波器的濾波效果。
　　最后，論文分別對云臺