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《深圳大学》 2017年
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基于视觉和TOF距离传感器的室内无人机导航方法研究

赵路勋  
【摘要】:在最近十年里,无人机在民用领域得到了长足的发展,但是在无GPS环境下的自主安全可靠飞行仍是现阶段需要解决的问题。同时,飞行过程中的障碍物感知和协同规避能力对于共享空域的大规模无人机应用是必备功能。为此,本文针对这些关系到无人机规模化应用安全性和可靠性的关键技术问题,通过引入新型的距离测量TOF传感器,并进一步和视觉传感信息融合处理,开展了以下工作。本文首先提出了一种基于视觉传感器的无人机悬停定位控制方法。通过视觉传感器实时获取无人机速度信息进而实现无人机定点悬停功能。之后进一步提出了基于TOF距离传感器的无人机自主导航控制方法。通过多个不同角度TOF传感器实时测量周围环境的距离,实现了无人机在无卫星及外部辅助导航情况下的飞行控制功能。论文将视觉模块和TOF传感器相结合,有效提升了无人机室内飞行稳定性和安全性。测试结果表明,所实现多传感器融合无人机室内飞行控制系统效果良好。在论文工作的基础上,可进一步研究将视觉传感器和TOF距离传感器与其他传感信息融合处理,如毫米波雷达和多点TOF阵传感器等,最终实现无人机智能化全自主飞行。
【关键词】:无人机 定位导航 光流 飞行时间
【学位授予单位】:深圳大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V279;V249
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-7
  • 第1章 绪论7-11
  • 1.1 研究的背景和意义7
  • 1.2 国内外研究现状及发展状况7-9
  • 1.3 本文的主要研究工作和结构安排9-11
  • 第2章 视觉里程计及其应用11-40
  • 2.1 视觉里程计11-31
  • 2.1.1 视觉里程计的基本原理-运动估计14-21
  • 2.1.2 视觉里程计的基本原理-图像处理算法21-28
  • 2.1.3 视觉里程计的基本原理-优化算法28-31
  • 2.2 视觉里程计在无人机上的应用31-39
  • 2.2.1 无人机气动模型32-35
  • 2.2.2 无人机的状态估计35-36
  • 2.2.3 无人机控制模型36-39
  • 2.3 小结39-40
  • 第3章 光流视觉传感器设计及其应用40-55
  • 3.1 硬件设计40-45
  • 3.1.1 电源设计41-42
  • 3.1.2 DSP外围电路设计42
  • 3.1.3 图像传感器电路设计42-43
  • 3.1.4 陀螺仪电路设计43-44
  • 3.1.5 超声波传感器电路设计44-45
  • 3.1.6 气压传感器电路设计45
  • 3.2 软件设计45-51
  • 3.2.1 软件设计平台46
  • 3.2.2 DMA中断服务配置46-48
  • 3.2.3 光流计算48-51
  • 3.3 光流传感器在无人机上的应用51-54
  • 3.3.1 光流数据与无人机运动状态的转换原理51-52
  • 3.3.2 光流传感器数据的预处理52-53
  • 3.3.3 无人机基于速度信息的悬停控制53-54
  • 3.4 小结54-55
  • 第4章 TOF传感器及其应用55-65
  • 4.1 TOF传感器55
  • 4.2 TOF传感器在无人机上的应用55-64
  • 4.2.1 TOF传感器数据的预处理56-60
  • 4.2.2 TOF传感器在无人机上的应用60-64
  • 4.3 小结64-65
  • 第5章 测试结果65-70
  • 5.1 光流传感器的测试结果65-67
  • 5.2 TOF传感器的测试结果67-70
  • 第6章 总结和展望70-72
  • 6.1 全文总结70
  • 6.1.1 基于机器视觉的无人机悬停定位方法70
  • 6.1.2 基于TOF传感器的无人机定位与导航方法70
  • 6.2 展望70-72
  • 参考文献72-82
  • 致谢82-83
  • 攻读硕士学位期间的研究成果83

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相关作者
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