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微小型无人飞行器(UAV)视觉导航半实物仿真系统
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微小型无人飞行器(UAV)视觉导航半实物仿真系统

  微小型无人飞行器的英文简称是UAV,是指尺寸非常小,在米级、亚米级的无人飞行器。目前世界各国都在加大对它的研究和探索力度。因为体积小,所以可以用在陆军师、团所属侦察分队,用于比较复杂的环境,例如战场、山地、城区等,进行目标定位、火炮较射、战场侦察等任务。换装任务载荷后,还可执行诸如救援搜素、航拍监视、事故预警等任务。

  近几年,UVA的发展速度非常快,已经广泛的应用于军事和民用领域,而且随着计算机视觉算法性能和计算机硬件性能的提高,基于计算机视觉导航成为无人飞行器导航领域研究热点。一般情况下,UVA会使用一个组合的导航系统,由全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)构成,GPS可以修正INS累计的误差,而且当GPS丢失信号时,INS的测量值会逐渐漂移直至发散。

  UVA的视觉导航是飞行器利用图像中的信息,控制飞行器飞向目标区域,完成目标的一个过程。它获取图像是利用传感器,然后通过图处理技术对图像进行处理,并结合其他的数据处理算法从中提取出飞行器的姿态角、滚转速度等导航信息,最后将信息专递回控制系统,控制UVA的飞向。

  UAV视觉导航中最常用的视觉传感器有CCD摄像机,因为其信息丰富、成本低而且可靠性高。但是UAV在飞行过程中,因为摄像机随机体一同平移和旋转,所以会出现视野范围有限,目标偏离摄像机的视野的情况。所以有一些研究为了解决这样的情况,会在地面移动机器人平台上,通过控制云台改变摄像机的视野,使目标可以始终位于图像中心。

  曾有人设计研究过一种云台跟踪控制实验系统,分析了基于视觉的UAV地面目标跟踪系统的特性,验证了各种机载云台控制方法的稳定性及其实际跟踪效果。但是由于此类实验系统的平台相对而言比较复杂,搭建和携带不方便,所以应用并不是很广泛。

  为应对上述问题,本文作者设计并开发了一种无人飞行器视觉导航半实物仿真系统。本文将介绍该系统的原理和一些技术问题。该系统可用于模拟UAV在飞行过程中的姿态的变化,并通过视频采集系统将图像信息采集下来,进行图像处理,进而进行飞行器导航参数的解算。为了测试该仿真系统的有效性以及基于图像中地平线的姿态提取算法的可行性,模拟飞行器的飞行动态进行了实验,通过实验结果验证了该系统的有效性以及图像处理算法的可行性……

  本文由北京理工大学机电学院徐蓓蓓,关震宇,张赫,杨欢,李杰撰写,具体可下载附件查看。

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