小型四旋翼無人機(jī)自主識(shí)別導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、無人機(jī)是指由遙控或自動(dòng)駕駛技術(shù)，進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)偵查等任務(wù)的飛行載具，與傳統(tǒng)有人飛機(jī)相比具有操作成本低、人員傷亡少、運(yùn)用彈性大等特性。在民用領(lǐng)域更有廣闊的前景，涉及到災(zāi)難救援、物資投放、地質(zhì)勘測(cè)、偵察追蹤、無人快遞等。這種趨勢(shì)使得無人機(jī)朝著更加智能化、小型化、集成化方向發(fā)展。針對(duì)這一問題，本文重點(diǎn)研究了四旋翼飛行器的視覺識(shí)別與激光導(dǎo)航技術(shù)。通過研究室外靜態(tài)場(chǎng)地、飛行器飛行狀態(tài)下目標(biāo)物體的圖像信息，并實(shí)時(shí)地識(shí)別目標(biāo)物的相對(duì)位置；研究激光

2、雷達(dá)的避障、導(dǎo)航功能，并最終完成四旋翼飛行器的自主識(shí)別導(dǎo)航過程。
　　四旋翼飛行器智能飛行過程的視覺識(shí)別與避障導(dǎo)航技術(shù)的核心在于:飛行器硬件平臺(tái)的搭建，復(fù)雜室外環(huán)境下目標(biāo)位置的準(zhǔn)確識(shí)別，以及在確定目標(biāo)相對(duì)位置后通過激光雷達(dá)的避障導(dǎo)航功能使飛行器安全地到達(dá)目的地。因此，飛行器智能飛行的關(guān)鍵問題可以劃分為飛行器系統(tǒng)的硬件搭建、目標(biāo)物體的識(shí)別與定位、激光雷達(dá)的避障導(dǎo)航等。針對(duì)以上問題，本論文的主要工作和取得的成果如下：
　　首先，

3、在分析比較了飛行器的兩種飛行模式后，選擇了較適宜的“X”字飛行方式。針對(duì)單目視覺僅能識(shí)別目標(biāo)而無法確定其距離，激光雷達(dá)能得到周圍環(huán)境的距離而無法識(shí)別物體的問題，本文采用兩者結(jié)合的方式來共同完成智能導(dǎo)航飛行。采用X3單目相機(jī)、激光雷達(dá)、超聲波傳感器及圖像傳輸模塊等共同組成飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)并以此構(gòu)建無人機(jī)硬件系統(tǒng)。
　　其次，采用X3云臺(tái)相機(jī)進(jìn)行單目視覺輔助導(dǎo)航研究。根據(jù)相機(jī)的經(jīng)典成像原理，選擇鏡頭無畸變的線性模型并通過相機(jī)標(biāo)定方法來獲

4、得其內(nèi)參，通過X3云臺(tái)相機(jī)并結(jié)合 OpenCV庫函數(shù)對(duì)相機(jī)捕捉到的畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像處理，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的目標(biāo)識(shí)別功能；通過超聲波傳感器獲得無人機(jī)近地面高度信息并結(jié)合單目視覺技術(shù)，以此完成目標(biāo)的定位功能。
　　然后，利用RoboPeak團(tuán)隊(duì)推出的激光雷達(dá)完成飛行器局部地圖創(chuàng)建。通過飛行器慣性模組實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器在地圖上的自定位；利用視覺識(shí)別系統(tǒng)獲取到的目標(biāo)點(diǎn)信息，通過改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行無人機(jī)航跡規(guī)劃，以此實(shí)現(xiàn)飛行器的自主導(dǎo)航。通過將機(jī)器視