多旋翼无人直升机目标跟踪控制技术研究

摘要

近年来，多旋翼无人直升机因其结构简单、飞行稳定等特点，在军用和民用领域已有较为广泛的应用。随着无人机技术的发展，对多旋翼无人直升机的自主性提出了更高的要求。本文以小型多旋翼无人直升机为试验平台，围绕自主跟踪指定目标这一要求，设计了一套多旋翼无人直升机目标跟踪控制系统。
　　首先，根据四旋翼无人直升机的飞行原理，建立了数学模型，并设计了基于PID算法的姿态回路和轨迹回路控制律。通过仿真验证了控制策略的有效性，该控制律满足在工程实现中对轨迹控制的需求。
　　其次，以实现目标跟踪和自主飞行控制功能为目标，提出了硬件总体方案；为提高图像处理的效率，重点设计了基于机载图像处理器的硬件模块选型以及通信接口；同时，给出了飞控系统的主控模块、传感器模块和避障模块的设计；另外，为保护整合后的系统硬件，提出了多旋翼无人直升机安全飞行措施。
　　然后，设计了基于系统硬件的多旋翼无人直升机目标跟踪控制系统软件总体流程；按照功能需求，重点设计了基于Hu矩匹配的目标识别功能和基于轨迹预测的目标跟踪功能；同时，为提高系统的自主性，设计了一键自主起飞、自主避障等功能模块；完成了模块之间的通信协议设计。
　　最后，将系统的硬件部分和软件部分整合，对系统的自主飞行和目标跟踪功能进行了试飞验证。实验结果表明，本文所设计的多旋翼无人直升机目标跟踪控制系统具有稳定的自主飞行能力，同时可实现对运动目标的高精度实时跟踪，具有较好的系统可靠性，对不同的多旋翼无人机机型具有普适性。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外技术现状分析

1.3本文研究内容

第二章 四旋翼无人直升机建模与控制律设计

2.1四旋翼无人直升机飞行动力学模型的建立

2.2四旋翼无人直升机控制律设计

2.3本章小结

第三章 多旋翼无人直升机目标跟踪及控制系统硬件设计

3.1 系统硬件方案总体设计

3.2目标跟踪系统硬件设计及选型

3.3飞控系统硬件设计及选型

3.4 本章小结

第四章 多旋翼无人直升机目标跟踪及控制系统软件设计

4.1系统软件方案总体设计

4.2目标识别定位软件设计

4.3飞控系统软件开发设计

4.4本章小结

第五章 多旋翼无人直升机目标跟踪控制系统飞行验证及分析

5.1 多旋翼无人直升机自主飞行实验及分析

5.2 多旋翼无人直升机目标跟踪实验及分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文工作总结

6.2后续研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文