无人机软式自主空中加油视觉导航技术研究

摘要

无人机在现代战场上发挥着日益重要的作用。为了提高无人机的作战效能，自主空中加油技术受到各国广泛研究。与传统的导航方式相比，视觉导航方式具有精度高、频率快、不受电子干扰等优点。本文针对无人机软式自主空中加油视觉导航技术展开了深入的研究。
　　本文首先根据无人机软式自主空中加油的特点设计了软式自主空中加油视觉导航系统，包括视觉导航系统的使用方案，视觉导航系统的组成，视觉导航系统的工作流程等。
　　其次，提出了软式自主空中加油视觉导航算法。基于辅助识别标志的特点，设计了视觉导航图像的预处理及特征点提取算法。采用随机Hough变换检测锥套目标，并基于卡尔曼滤波设计了锥套目标跟踪算法。针对点特征的位姿估计问题，研究了传统的正交迭代算法，并针对该算法存在的问题采用了改进算法进行位姿参数估计。
　　再次，设计了软式自主空中加油视觉导航数字仿真系统。利用三维仿真软件Vega模拟空中加油场景，采用Simulink设计了软式自主空中加油视觉导航控制系统，利用MFC将 Vega及Simulink结合起来构成闭合仿真回路。实验结果验证了本文提出的软式自主空中加油视觉导航算法的有效性。
　　最后，在数字仿真系统的基础上设计了软式自主空中加油视觉导航半物理仿真系统。三维视景仿真计算机将虚拟摄像机获得的视觉导航图像投影至屏幕上，视觉伺服控制仿真计算机采用真实的摄像机对投影图像进行采集，并利用等效投影原理计算得到虚拟环境中受油机与锥套之间的相对位姿关系，从而控制受油机靠近锥套实现精确对接，完成半物理仿真。实验结果进一步证明了本文提出的无人机软式自主空中加油视觉导航算法的有效性。

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注释表

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外研究概况

1.3本文主要工作及章节安排

第二章 软式自主空中加油视觉导航系统设计

2.1视觉导航系统使用方案

2.2视觉导航系统组成及分析

2.3视觉导航系统工作流程

2.4本章小结

第三章 软式自主空中加油视觉导航算法

3.1视觉导航图像预处理及特征点提取

3.2锥套目标检测及目标跟踪算法

3.3锥套目标相对位姿参数估计

3.4本章小结

第四章 软式自主空中加油视觉导航数字仿真系统设计

4.1数字仿真系统总体结构设计及各模块功能分析

4.2基于Vega的三维视景仿真模块开发

4.3基于Simulink的仿真系统计算模块设计

4.4基于MFC的人机交互模块设计

4.5数字仿真系统实验及结果分析

4.6本章小结

第五章 软式自主空中加油视觉导航半物理仿真系统设计

5.1半物理仿真系统总体结构及各模块功能设计

5.2半物理仿真系统等效投影模型的标定

5.3半物理仿真系统实验及结果分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文主要工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

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