基于单应性的六自由度飞行平台视觉控制

摘要

无人机具有受地形限制小，空中视野开阔，不容易被障碍物遮挡，获取的图像信息量大等优点，但是无人机也具有飞行操作困难，稳定性不足等缺点。无人机的自主飞行控制一直是一个难题，本文基于现实中无人机对固定目标的长时间自主监控拍摄这一需求出发，研究了基于单应性的六自由度飞行平台视觉控制。
　　本文在商用无人机平台的基础上设计并搭建了一个稳定的无人机飞行平台，搭载了树莓派和Jetson TK1两台高性能嵌入式计算设备，并且开发了一套软件控制系统保证无人机安全稳定高效的运行。为了给无人机飞行提供一个虚拟实验环境，帮助验证控制算法的正确性，实现了一个基于Ogre图形引擎的可视化仿真飞行系统。通过对比在三维虚拟场景中的模拟飞行实验数据与真实飞行实验数据，证明了可视化仿真系统的有效性，节约了无人机实验成本。此外，先在虚拟环境中实验，再进行实际飞行的检验方法也将显著提升飞控开发的安全性。基于可视化仿真飞行系统积累的无人机相关经验，研究实现了基于单应性的六自由度重定位算法，并将其与无人机控制算法相结合，提出了一种新的无人机自主重定位方法，实现了简单的无人机六自由度重定位功能。进行了地面和空中多次实验，确保了重定位算法正确，验证了算法的重定位效果和性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1背景

1.2研究现状

1.3研究目标与内容

1.4论文结构

第2章 相关技术

2.1无人机动力学原理

2.2 PID控制器

第3章 无人机平台设计与实现

3.1平台功能需求

3.2平台架构设计

3.3平台组件功能

3.4平台软件控制系统

第4章 虚拟仿真飞行系统

4.1背景与内容简介

4.2无人机模型

4.3 PID控制

4.4可视化仿真系统

4.5仿真结果

第5章 无人机视觉重定位

5.1重定位策略

5.2单应性

5.3无人机自主重定位

第6章 实验结果与分析

6.1仿真系统的实际飞行检验

6.2重定位算法的地面实验

6.3重定位算法的飞行实验

6.4实验结果分析

第7章 结论

7.1工作总结

7.2未来改进

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢