检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王平南京航空航天大学

学位级别：硕士

本课题来源于本实验室课题组的基础预研项目，该项目主要是为了实现自制的微小型飞行器在室内环境下的自主飞行而设。本文主要设计思路就是利用二维激光测距仪来辅助IMU系统实现定位，由于IMU系统定位会随时间的增加产生累积误差，所以... 详细信息

本课题来源于本实验室课题组的基础预研项目，该项目主要是为了实现自制的微小型飞行器在室内环境下的自主飞行而设。本文主要设计思路就是利用二维激光测距仪来辅助IMU系统实现定位，由于IMU系统定位会随时间的增加产生累积误差，所以需要外部传感器即二维激光测距仪来每间隔一定的时间来对其进行校正，消除其产生的累积误差；考虑到本文所选的二维激光测距仪的工作频率较慢，与所选的微惯性导航组件IMU的工作频率差10倍左右，在软件实现上进行了设计，提出了系统实验方案。鉴于本文采用的核心处理器是单核的ARM处理器，如何解决两个传感器的数据处理问题，本文采用的是中断请求模式进行整体软件的设计；为提供微小型飞行器实时飞行的数据，本文根据两传感器的输出频率，通过对各自对应的子程序的耗时时间进行调试，设计出实验可行的实验方案，并通过实验的方法进一步验证该方案的可行性。本文完成了激光/IMU组合定位系统的整体方案设计，设计了实验系统的软硬件平台，搭建实验环境，设计实验方案，调试实验数据，最终通过对实验数据与仿真实验数据进行对比分析来验证本系统方案的精度及误差，并对实验产生的误差进行实验分析，为实现自制的微小型飞行器室内自主飞行项目提供宝贵的实验数据。

关键词：微小型飞行器室内环境二维激光测距仪微惯性导航组件IMU 激光/IMU融合定位

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微小型飞行器捷联制导方法研究

微小型飞行器捷联制导方法研究

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作者：林鹏北京信息科技大学

学位级别：硕士

微小型飞行器是指尺寸较小、可执行特定任务、具有自主飞行能力的飞行器，包括小型无人机、制导弹药、小型敏捷卫星等，在军民领域具有广泛应用的前景。由于微小型飞行器的空间几何约束，引入捷联式导引头替代平台式导引头与捷联惯性测... 详细信息

微小型飞行器是指尺寸较小、可执行特定任务、具有自主飞行能力的飞行器，包括小型无人机、制导弹药、小型敏捷卫星等，在军民领域具有广泛应用的前景。由于微小型飞行器的空间几何约束，引入捷联式导引头替代平台式导引头与捷联惯性测量组件构成捷联制导体制，从而实现对微小型飞行器的制导控制。本课题以捷联导引方式的微小型飞行器为研究对象，从微小型飞行器的气动布局入手，分析微小型飞行器气动特性，研究捷联体制下的制导信息获取方法，设计满足捷联体制约束的制导律，主要研究内容如下： 1、设计了一种鸭式布局的微小型飞行器，研究其质量分配，获得了满足压心指标的质量特性，通过气动特性仿真，验证了所设计的气动布局合理可行。 2、根据等效坐标变换，得到视线坐标系相对于地面坐标系的旋转角速率，建立了捷联制导体制下的角速率解耦方程，从而推导出惯性视线角与视线角速率。 3、通过分析作用在微小型飞行器上的力和力矩，建立了其质心运动与转动的动力学、绕质心运动与转动的动力学方程，从而获得了一种鸭式布局微小型飞行器的六自由度数学模型，在Matlab/simulink环境下进行了仿真验证。 4、设计了两级助推制导方案，满足视场角约束的比例滑模制导律，满足视场角约束和末端角约束的改进偏离追踪制导律，通过数值仿真，验证能够实现对微小型飞行器的制导控制。

关键词：微小型飞行器捷联制导信息获取受约束的制导律

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微小型飞行器视觉感知与自主导航关键技术研究

微小型飞行器视觉感知与自主导航关键技术研究

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作者：李一博南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着传感器技术,通信技术,人工智能技术等高新技术的迅速发展,微小型飞行器的自主化和智能化水平越来越高,在军事和民用领域均有广泛的应用。由于微小型飞行器的应用环境复杂多变,为保证其安全可靠飞行,需要微小型飞行器实时感应周围飞... 详细信息

随着传感器技术,通信技术,人工智能技术等高新技术的迅速发展,微小型飞行器的自主化和智能化水平越来越高,在军事和民用领域均有广泛的应用。由于微小型飞行器的应用环境复杂多变,为保证其安全可靠飞行,需要微小型飞行器实时感应周围飞行环境,实现自主定位导航以使得微小型飞行器可以完成自主避障,路径规划等任务。为此,本文根据微小型飞行器的体积及重量限制,在光学传感器的基础上,开展了基于双目相机的三维环境感知方法及单双目结合的三维环境感知方法中的关键技术研究;同时在视觉环境感知和惯性传感器辅助的基础上,构建视觉里程计以稳定输出微小型飞行器的位姿信息,为飞行器实现可靠控制提供信息来源。为使微小型飞行器使用双目传感器有效感知三维环境,在分析了光学相机成像模型的基础上,研究了基于固定基线的平行双目立体视觉深度感知模型,针对双目感知中的立体匹配问题,分析了局部立体匹配算法框架,将视差可信度计算引入到视差优化算法中,在ADCensus匹配代价及自适应匹配窗口生成的基础上,设计了基于视差可信度的局部立体匹配算法,提高了双目立体视觉三维环境感知的准确性,使得微小型飞行器可以感知其与实时飞行环境中障碍物之间的有效距离,同时为视觉里程计位姿估计提供相应的数据基础。通过对固定基线平行双目传感器的深度估计误差特性分析可知,平行双目传感器对远距离目标感知结果会因为感知误差过大而不可信。论文在分析两帧图像间对极几何原理的基础上建立了三角测量模型,研究了图像特征点提取和特征点匹配方法,设计了基于距离阈值和RANSAC算法联合筛选的特征点误匹配剔除算法及视觉位姿估计方法,在不增加其他传感器的基础上,使用双目相机感知的三维环境信息,同时结合左摄像机采集的连续序列图像,提出了基于单/双目结合的三维环境感知建模方法,使得微小型飞行器在实时环境感知时可以突破双目传感器固定基线的限制,提高了飞行器的感知范围,使其能更有效的感知飞行环境。微小型飞行器实时估计自身位姿信息是其实现自主定位导航的基础,在卫星拒止等飞行条件下,使用传统惯性和卫星等导航方法,难以满足微小型飞行器在复杂环境中准确稳定位姿估计的需求。论文通过研究视觉里程计原理及其递推计算特性,设计了联合非线性优化的位姿估计方法,提高了视觉里程计位姿估计的准确性。针对由于微小型飞行器大机动运动,或者飞行环境突然变化导致视觉里程计不稳定的情况,设计了基于惯性辅助的视觉里程计和环境预测感知方法,使得视觉里程计可为微小型飞行器提供连续的位姿估计信息,提升视觉里程计的鲁棒性和微小型飞行器的安全性。论文使用小型六旋翼飞行器,搭载ZED双目视觉传感器,大疆公司Manifold处理器等硬件设备搭建了微小型飞行器视觉感知与自主导航方法验证平台。通过双目相机拍摄三维世界图像,运用本文所提出的双目三维环境感知及单/双目结合的三维环境感知算法进行实验并分析感知结果;通过采集真实环境下微小型飞行器的视觉里程计位姿估计结果,以及机载惯性传感器,差分GPS等传感器的实时数据分析飞行器运动轨迹,通过实验所得图像结果及实验数据验证本文所提出算法的有效性。

关键词：微小型飞行器立体视觉视觉感知视觉里程计

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微小型飞行器自主导航与航迹一体化设计研究

微小型飞行器自主导航与航迹一体化设计研究

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作者：王建锋南京航空航天大学

学位级别：硕士

微小型飞行器在军事和民用领域日益受到重视,具有广阔的应用前景。微小型飞行器在复杂环境中的自主导航技术是其能够实际应用的关键技术之一。论文针对微小型飞行器自主导航的需求,研究了微小型飞行器复杂环境下的航迹规划和航迹跟踪控... 详细信息

微小型飞行器在军事和民用领域日益受到重视,具有广阔的应用前景。微小型飞行器在复杂环境中的自主导航技术是其能够实际应用的关键技术之一。论文针对微小型飞行器自主导航的需求,研究了微小型飞行器复杂环境下的航迹规划和航迹跟踪控制。\n 针对微小型飞行器在复杂环境下的航迹规划,论文分析了微小型飞行器的机动特性,研究了微小型飞行器航迹规划的约束条件,并采用蚁群算法进行微小型飞行器的航迹规划。针对基本蚁群算法存在收敛速度慢和局部最优解等缺点,论文对航迹规划蚁群算法信息度挥发因子和蚂蚁选择下一个可行节点的概率方法进行了改进,改进后的算法加快了复杂环境下微小型飞行器航迹规划的收敛速度,提高了全局搜索能力。\n 研究了微小型飞行器在飞行过程中机体的受力情况,建立了微小型飞行器非线性数学模型,并将其线性化；研究了根据微小型飞行器特点的导航控制方法,仿真表明本文设计的导航控制策略适合应用于微小型飞行器的自主导航。\n 微小型飞行器尺寸小,控制难度大,传统PID控制方法不能满足飞行器自主控制要求。论文设计了基于智能PID控制的微小型飞行器飞行控制算法,实现了微小型飞行器的航迹进行跟踪控制。通过对姿态控制系统智能PID控制器的仿真验证,结果表明该算法能够满足飞行器的飞行控制需要,保证了姿态、高度以及航迹控制系统的稳定性。\n 以X-Plane软件的飞机模型作为被控对象,设计了基于局域网的微小型飞行器自主飞行系统,建立了微小型飞行器的自主导航与航迹一体化仿真平台。利用仿真平台对航迹跟踪控制系统的性能进行了验证,结果表明本论文设计的系统控制稳定,鲁棒性强,具有较高的理论和实际参考价值。

关键词：微小型飞行器数字地图技术蚁群算法智能PID X-Plane

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微小型飞行器基于地平线探测的图像导航研究

微小型飞行器基于地平线探测的图像导航研究

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作者：王宇杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微小型飞行器(MAV)是由美国DRAPA实验室定义的一种最大维长度小于六英寸,飞行速度小于25英里每小时,飞行时间半小时左右的新型飞行器.其小巧的体积带来绝佳的隐蔽性和灵活性等优点,但也产生了飞行器提升能力差负载能力低的缺点.由于负... 详细信息

微小型飞行器(MAV)是由美国DRAPA实验室定义的一种最大维长度小于六英寸,飞行速度小于25英里每小时,飞行时间半小时左右的新型飞行器.其小巧的体积带来绝佳的隐蔽性和灵活性等优点,但也产生了飞行器提升能力差负载能力低的缺点.由于负载能力低,所以传统的如陀螺仪等导航器件不再适用.这样就需要寻求一种新的导航方法.该论文采用图像导航.图像导航是指从图像中提取俯仰角和横滚角信息,配合GPS器件得出的经纬度高度和航向角等信息来对MAV导航.该论文研究了从图像中提取俯仰角和横滚角的问题.首先,通过图像各个象素的颜色信息(RGB)进行地平线探测.Matlab仿真结果和VC++视频图像程序运行结果都得到了满意的效果,从而证明了从MAV的侦察用的摄像头所传回的图像中提取导航信息的可行性.然后,分析了在颜色信息区分不明显的情况下,地平线探测失灵的例子.在这种情况下,该文引入了一种利用图像纹理信息来探测地平线的方法.这里采用了具有移不变性质的复数小波变换来提取图像纹理信息,然后用隐藏马尔可夫模型(HMM)来训练颜色纹理混合空间的参数,再通过这些参数来分割图像.通过两种算法对同一幅图像处理进行对比,仿真结果表明这种方法能够处理单靠颜色信息所不能准确探测地平线的情况,说明和前一种方法相比,该方法有更大的适用性.

关键词：微小型飞行器图像导航地平线探测图像纹理

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微小型飞行器激光雷达/光流/惯性自主导航方法

微小型飞行器激光雷达/光流/惯性自主导航方法

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作者：张竣涵南京航空航天大学

学位级别：硕士

目前,微小型飞行器的自主飞行对GPS的依赖性较高,GPS信号一旦受到干扰或者丢失,依靠GPS的机载导航系统就无法给微小型飞行器提供可靠精准的导航信息,这时飞行器便会失控而发生事故。所以在卫星拒止的情况下,飞行器的自主飞行需要依靠其... 详细信息

目前,微小型飞行器的自主飞行对GPS的依赖性较高,GPS信号一旦受到干扰或者丢失,依靠GPS的机载导航系统就无法给微小型飞行器提供可靠精准的导航信息,这时飞行器便会失控而发生事故。所以在卫星拒止的情况下,飞行器的自主飞行需要依靠其他传感器感知周围环境的变化来提供相对的定位信息。由昆虫视觉定位所启发的光流导航系统作为飞行器室内定位的主流方案,在近几年的研究中已逐步成熟。然而,在光照变化、载体大速度运动等特殊情况下仍然会存在定位失效的问题。激光雷达作为一种感知型传感器,因其测距精度高等特点被广泛运用于SLAM(同步定位与构图技术)中。激光雷达SLAM可以为飞行器提供精度较高的导航定位信息。本文主要针对微小型飞行器,以光流导航算法、激光雷达SLAM导航算法为基础,开展了微小型飞行器的光流、激光雷达以及惯性的多信息融合导航技术的研究和实现等工作。论文首先对光流、激光雷达SLAM算法原理以及它们在不同情况下的误差特性进行了研究与分析。对于光流算法,分析了其在光照变化以及载体大速度运动下的定位误差结果。对于激光雷达SLAM算法,分析了其在稀疏特征的环境以及载体大速度运动下的定位误差原因。为后续的算法改进及组合导航方法的研究提供了基础。为了提高光流算法在光照变化以及飞行器大速度运动下的抗干扰性能和定位精度,论文对卫星拒止下的光流导航算法作了改进与实现。在原有ORB LK金字塔光流算法的基础上,研究了基于图像分割、滤波预处理以及模板匹配辅助的光流导航算法。通过静态、动态实验证实了该方案在定位精度以及抗干扰性方面都比原有光流算法有显著提高。为了提高激光雷达导航算法在飞行器大速度运动和特征稀疏的环境下的定位精度和可靠性,论文开展了激光雷达/惯性组合导航技术的研究工作。首先研究了基于扩展卡尔曼滤波的激光雷达/惯性松组合算法,通过半物理实验方式验证了松组合方案的有效性。在此基础上,分析了激光雷达SLAM算法的优化迭代原理,提出了一种基于位姿迭代初值预测补偿的激光雷达/惯性传感器紧组合方法,利用惯性传感器辅助激光雷达SLAM的位姿解算过程。通过半物理实验验证,结果表明紧组合方案提升了组合导航系统的有效性和可靠性。为了提高飞行器自主导航系统的整体容错性能,论文研究了基于可重置联邦滤波的激光雷达/光流/惯性传感器的组合方法。利用卡方检测法对各子滤波器进行故障检测,并且在主滤波器进行故障隔离。根据以上的系统框架,论文搭建了基于微小型飞行器的激光雷达/光流/惯性传感器组合导航算法的实验验证平台。同时为了更好地对采集的数据进行离线处理与分析,本文采用了基于ROS机器人操作系统的软件开发平台。最后,将整个导航软件系统实现于“DJI M100”微小型飞行器开发平台上,通过旋翼飞行器试飞实验验证了激光雷达/光流/惯性传感器的组合导航方案的可靠性。实验结果表明本文所研究的方案可以有效提高微小型飞行器在卫星拒止环境下的自主导航精度和可靠性。相比于现有的光流与激光雷达SLAM定位方法,本文通过对导航系统定位方法误差特性的分析与改进,提高了这两种传感器在复杂环境下的定位精度。同时,不同于两种传感器在飞行器上的独立工作,本文将两者进行了容错组合导航,并应用于微小型飞行器,提高了整体导航系统的鲁棒性。

关键词：微小型飞行器激光雷达SLAM 光流导航组合导航卡尔曼滤波

来源：评论

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基于图像信息的微小型飞行器飞行测高方法

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系统仿真学报 2010年第12期22卷 2784-2787页

作者：黄英东崔永强安建波中国航天二院25所北京100854

微小型飞行器飞行高度的实时测量是实现其自主飞行的关键技术之一。为了准确快速地获取微小型飞行器的飞行高度参数,提出了一种新的稳健的利用图像信息获取微小型飞行器飞行高度的方法。此算法首先使用光学理论和几何学理论推导出了飞... 详细信息

微小型飞行器飞行高度的实时测量是实现其自主飞行的关键技术之一。为了准确快速地获取微小型飞行器的飞行高度参数,提出了一种新的稳健的利用图像信息获取微小型飞行器飞行高度的方法。此算法首先使用光学理论和几何学理论推导出了飞行高度的计算公式,综合运用Harris角点检测算法和区域灰度算法得到图像间的匹配角点,并使用分割区域法得到图像之间的关键点。最后通过计算关键点在图像中的位移情况,计算出飞行器当前的高度值。飞行实验表明,这种测量算法可以实时获得飞行器的高度,精度满足飞行器平稳飞行的需要。

关键词：微小型飞行器角点检测角点匹配参数提取

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基于主元分析的微小型飞行器视觉导航

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航空学报 2008年第B05期29卷 220-223页

作者：王俊涛周宇沈阳航空工业学院民航学院辽宁沈阳110136 哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

作为一种新兴的无人机,微小型飞行器(MAV)近年来广受关注。研究微小型飞行器导航技术的关键是研究视觉导航技术在微小型飞行器中的应用。针对微小型飞行器视觉导航中的运算量大而导致算法实时性差的问题,给出了一个新的计算框架。利用... 详细信息

作为一种新兴的无人机,微小型飞行器(MAV)近年来广受关注。研究微小型飞行器导航技术的关键是研究视觉导航技术在微小型飞行器中的应用。针对微小型飞行器视觉导航中的运算量大而导致算法实时性差的问题,给出了一个新的计算框架。利用主元分析技术(PCA),在最小方差意义下得到了图像的简化表示。在此简化的基础上,进行了图像特征的提取。对真实图像的实验结果表明,利用主元分析处理后的图像进行导航特征的提取,其实时性优于RGB三通道求和取平均的方法。

关键词：视觉导航主元分析微小型飞行器预处理

来源：评论

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基于神经网络动态逆的微小型飞行器半实物仿真

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弹箭与制导学报 2009年第1期29卷 4-7,10页

作者：武国辉王正杰范宁军李杰吕婧北京理工大学宇航科学技术学院 100081 武汉军械士官学校 430075

针对微小型飞行器易受外界干扰,难于控制的特点,在经典PID控制的基础上,引入神经网络动态逆方法,设计复合控制律。基于Matlab建立微小型飞行器的Simulink仿真模型。控制器、舵偏角传感器等物理实物通过RS232串口连接,搭建半实物仿真环... 详细信息

针对微小型飞行器易受外界干扰,难于控制的特点,在经典PID控制的基础上,引入神经网络动态逆方法,设计复合控制律。基于Matlab建立微小型飞行器的Simulink仿真模型。控制器、舵偏角传感器等物理实物通过RS232串口连接,搭建半实物仿真环境。仿真结果表明,该方案能有效地控制微小型飞行器按照预定航线,以稳定的姿态飞行,具有较强的鲁棒性。

关键词：微小型飞行器动态逆神经网络半实物仿真

来源：评论

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一种基于图像信息的微小型飞行器姿态测量方法

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弹箭与制导学报 2009年第3期29卷 9-12,16页

作者：黄英东李杰范宁军北京理工大学宇航科学技术学院北京100081

提出了一种基于图像信息的微小型飞行器姿态测量方法。该方法综合运用Laplacian-Gauss边缘检测、OTSU算法以及Hough变换等数字图像处理技术,从机载摄像机图像中识别出地平线或者海天线。根据得到的直线信息可以迅速地测量出飞行器的滚... 详细信息

提出了一种基于图像信息的微小型飞行器姿态测量方法。该方法综合运用Laplacian-Gauss边缘检测、OTSU算法以及Hough变换等数字图像处理技术,从机载摄像机图像中识别出地平线或者海天线。根据得到的直线信息可以迅速地测量出飞行器的滚转角与俯仰角。实验表明,该方法可以有效地识别出复杂背景中的地平线和海天线,计算得到的滚转角与俯仰角精度满足飞行器的姿态控制要求。

关键词：微小型飞行器边缘检测 OTSU算法 Hough变换姿态测量

来源：评论

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