基于视频的无人机编队飞行控制研究

发布时间：2017-08-11 11:25

  本文关键词：基于视频的无人机编队飞行控制研究

  更多相关文章： 视频序列 跟踪算法 无人机 编队飞行

【摘要】：基于视频的无人机编队飞行控制,是未来战场无人机应用开发的一种新型智能处理技术,用于解决人工监测费用贵,侦查人员执行任务高危或人无法到达任务需求地点,以及在敌方上空作战需无线电静默等问题。本文就单架无人机执行任务时所表现出的缺点,引出基于无人机视觉系统的多无人机协同编队飞行概念,并以“1”字形“Leader-Follower”队列形式为例进行研究。从结构和功能入手创建无人机视觉系统,使用CCD摄像机和视频采集卡采集长机的数字图像信息,并进行预处理,通过坐标系转换建立摄像机运动方程。提出一种三帧差背景相减技术,处理采集到的长机图像序列,为跟踪提供目标位置。同时提出一种基于TWH与FB-error约束的均值漂移无人机跟踪算法(MTF),在该方法中提出了新的TWH,使改进后的像素权重可有效地分离目标和与其非常相似的背景。基于前后一致性假设,即正确跟踪不依赖于时间流的方向,提出了一种新概念“向前向后误差”,在跟踪中添加FB-error约束,进而提出了一种forward-backward评价方案,使Mean-shift算法对短期的遮挡更鲁棒,解决了无人机机身与云层相似或被云团遮挡情况下跟踪失效问题。基于摄像机运动方程,解算出当长机航向变化导致长僚机“1”字形队列改变时,两者间横向偏差角?和高度偏差角?,估算出二者相对距离并以此作为输入量,通过三通道PID算法进行编队飞行控制。经过仿真,整体的无人机视觉系统可以有效地辅助僚机跟踪长机编队飞行,在队形变换后也可以及时修正,再次恢复到期望编队队形。
【关键词】：视频序列 跟踪算法 无人机 编队飞行
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-25
• 1.1 课题背景及研究意义12-15
• 1.2 国内外研究现状15-23
• 1.2.1 运动目标检测16-19
• 1.2.2 运动目标跟踪19-20
• 1.2.3 无人机编队控制20-23
• 1.3 课题的主要研究内容23
• 1.4 论文结构23-25
• 第2章 无人机视觉技术25-31
• 2.1 无人机视觉系统25-27
• 2.1.1 CCD摄像机25-26
• 2.1.2 视频序列的采集与预处理26-27
• 2.2 坐标系变换问题27-29
• 2.3 本章小结29-31
• 第3章 无人机图像序列目标检测与跟踪31-49
• 3.1 基于帧差与背景相减融合的无人机时时运动检测算法31-38
• 3.1.1 帧差法31-32
• 3.1.2 背景相减法32-34
• 3.1.3 三帧差背景相减技术34-38
• 3.2 基于TWH与FB-error约束的均值漂移无人机跟踪算法38-48
• 3.2.1 均值漂移跟踪算法38-39
• 3.2.2 采用TWH的均值漂移跟踪算法39-42
• 3.2.3 FB-error约束下的均值漂移跟踪算法42-45
• 3.2.4 仿真与结果45-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第4章 无人机位置信息获取与编队控制算法49-62
• 4.1 无人机位置信息获取49-50
• 4.2 PID控制算法50-51
• 4.3 编队队形控制51-60
• 4.3.1 基于PID算法的编队队形控制51-54
• 4.3.2 队形控制算法实施54-60
• 4.4 本章小结60-62
• 结论62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 潘科炎;航天器编队飞行及其关键技术的开发[J];遥测遥控;2003年05期

2 林来兴,张洪华,车汝才;编队飞行区域性导航卫星和位置保持[J];宇航学报;2004年01期

3 ;未来五大客机新技术:V形编队飞行更省油[J];科技传播;2011年23期

4 ;未来客机:像鸟一样编队飞行[J];新科幻(科学阅读版);2012年11期

5 曾国强,陈永志;编队飞行稳定性及队形设计研究[J];装备指挥技术学院学报;2002年06期

6 曾国强,张育林;编队飞行队形设计一般化方法[J];中国空间科学技术;2003年01期

7 孙兰,许滨,张珩;航天器稀疏编队飞行的概念及其设计方法[J];中国空间科学技术;2003年02期

8 王世练,张尔扬;CCSDS Proximity-1及其在编队飞行小卫星群中的应用[J];遥测遥控;2003年03期

9 刘林,王海红,马剑波;关于星座小卫星的编队飞行问题[J];天文学报;2004年01期

10 马涛,郝云彩,马骏,周胜利;编队飞行卫星的星间跟踪与测量技术综述[J];航天控制;2005年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 袁长清;;航天器电磁编队飞行轨道和姿态终端滑模控制[A];The 5th 全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2011年

2 彭良福;林云松;;编队飞行防撞系统的建模研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第三分册）[C];2009年

3 林来兴;;小卫星星座与编队飞行三维定位系统和控制[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年

4 禹凯;徐明;;编队飞行航天器的自主控制策略设计[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

5 黎康;;编队飞行卫星相对轨道动力学研究[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集（下册）[C];2006年

6 王黎沁;曾国强;胡敏;;编队飞行卫星碰撞概率及碰撞规避策略仿真分析[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年

7 倪娜;贾英民;;一种卫星平面圆形编队飞行的鲁棒控制方法[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年

8 苟兴宇;李克行;张斌;刘捷;董筠;;实践九号编队飞行轨控中的姿轨耦合与推力损失研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

9 王正;朱兴动;张六韬;;三维空间无人机编队飞行控制模型[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年

10 杨凯;郑建华;吴霞;;编队飞行构形设计初始化及稳定性分析[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议论文集（下册）[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 记者李红;飞机编队飞行好处多多[N];科技日报;2002年

2 记者　王洪山、李宣良;我国将发射50多颗小卫星[N];人民日报;2006年

3 记者 冯志文;以研制可编队飞行的纳米级卫星[N];科技日报;2012年

4 杨孝文;机器昆虫将编队飞行，，组建未来军团[N];中国国防报;2012年

5 本报记者 王卫东　特约记者 周敬波;陆航群鹰,此次飞行向海洋[N];解放军报;2011年

6 赵启洪 蒋龙 刘白;“低空猎鹰”牟春江[N];中国国防报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 孟云鹤;近地轨道航天器编队飞行控制与应用研究[D];国防科学技术大学;2006年

2 韩龙;编队飞行航天器相对状态的立体视觉测量研究[D];中国科学技术大学;2007年

3 罗成;近地轨道空间飞行器编队飞行控制[D];国防科学技术大学;2006年

4 郑重;多航天器编队飞行分布式协同控制[D];哈尔滨工业大学;2014年

5 蒋方华;航天器编队飞行相对运动研究[D];清华大学;2009年

6 万婧;无人机自主编队飞行控制系统设计方法及应用研究[D];复旦大学;2009年

7 方挺;无人机协同编队飞行中的视觉感知关键技术研究[D];南京航空航天大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈学坤;四旋翼无人机编队巡航飞行控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 郑红星;多杀伤器分离稳定与编队飞行控制研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 李宏艳;输入受限的航天器编队飞行姿态协同控制[D];黑龙江大学;2015年

4 刘志勇;紧密编队飞行涡流减阻机理及队形参数优化研究[D];中国科学技术大学;2016年

5 傅敬博;通讯受限条件下航天器编队姿态协同控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

6 倪良巧;基于智能技术的多无人机协同编队飞行[D];南京航空航天大学;2016年

7 赵祯俊;海上无人机协同编队飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2015年

8 张琦;基于视频的无人机编队飞行控制研究[D];沈阳航空航天大学;2016年

9 谢中秋;电磁编队飞行网络化控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

10 张亚南;多弹编队飞行协同制导方法研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

本文编号：655850