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未知环境下基于视觉的无人机目标跟随与着陆方法研究.doc

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未知 环境 基于 视觉 无人机 目标 跟随 着陆 方法 研究
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分类号 TP242.6 学号 14033022 UDC 密级 公 开 工学硕士学位论文未知环境下基于视觉的无人机目标跟随与着陆方法研究硕士生姓名 黄玉玺学科专业 控制科学与工程研究方向 机器人技术指导教师 吕 鸣 高工国防科学技术大学研究生院二〇一六年十月未知环境下基于视觉的无人机目标跟随与着陆方法研究 国防科学技术大学研究生院国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第 I 页Vision-based Object Following and Landing for UAVs in Unknown EnvironmentsCandidate:HUANG YuxiAdvisor:LV MingA dissertationSubmitted in partial fulfillment of the requirementsfor the degree of Master of Engineering in Control Science and EngineeringGraduate School of National University of Defense TechnologyChangsha,Hunan,P.R.China(October,2016)国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第 II 页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第 III 页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第 IV 页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第 V 页目 录摘 要 .....................................................................................................................iABSTRACT...........................................................................................................ii第一章 绪论 ..........................................................................................................11.1 课题研究背景和意义 .............................................................................11.2 国内外研究现状 .....................................................................................21.2.1 国外研究现状 .............................................................................21.2.2 国内研究现状 .............................................................................51.3 本文主要研究内容 .................................................................................51.3.1 论文的主要工作 .........................................................................51.3.2 论文的创新点 .............................................................................61.3.3 论文的组织结构 .........................................................................7第二章 实验平台介绍及目标识别方法 ..............................................................82.1 AR.Drone 2.0 实验平台介绍 ..................................................................82.1.1 硬件平台 .....................................................................................82.1.2 软件系统 .....................................................................................92.2 目标识别方法 .......................................................................................122.2.1 目标标志的选取 .......................................................................122.2.2 一种基于神经网络分类器的目标识别方法 ...........................122.2.3 一种基于霍夫变换的残缺目标识别方法 ...............................132.2.4 目标识别算法实时性分析 .......................................................142.3 小结 .......................................................................................................15第三章 基于射影几何与 PTAM 的目标跟随与目标速度估计 .......................163.1 基于射影几何的目标在相机坐标系下的位置估计 ...........................163.2 基于 PTAM 的相机与目标在世界坐标系下的位置估计 ..................193.2.1 基于 PTAM 的世界坐标系的建立 ..........................................193.2.2 目标在世界坐标系下的位置估计 ...........................................213.3 三维空间中基于卡尔曼滤波的目标速度估计 ...................................233.4 实验结果与分析 ...................................................................................253.4.1 二义性问题实验结果与分析 ...................................................253.4.2 目标跟随控制律设计及精度分析 ...........................................273.4.3 PTAM 算法的实时性分析 ........................................................29国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第 VI 页3.4.4 基于 PTAM 的无人机位置估计精度分析 ..............................303.4.5 基于卡尔曼滤波的速度估计分析 ...........................................313.5 小结 .......................................................................................................33第四章 基于射影几何与视觉伺服的无人机着陆方法 ....................................344.1 基于射影几何的无人机着陆方法 .......................................................344.1.1 目标平面法向量 “二义性”判别 ...............................................344.1.2 偏航角获取 ...............................................................................364.1.3 基于标志平面的世界坐标系的建立 .......................................364.1.4 基于射影几何的无人机着陆控制器设计 ...............................384.2 基于视觉伺服的无人机着陆控制 .......................................................384.2.1 基于视觉伺服的误差信号选取 ...............................................384.2.2 控制信号从图像平面到三维空间的转换 ...............................394.2.3 基于视觉伺服的 PID 控制器设计 ..........................................404.2.4 射影几何与视觉伺服的结合 ...................................................414.2.5 目标跟随与着陆的过程设计 ...................................................434.3 实验结果与分析 ...................................................................................444.4 小结 .......................................................................................................46第五章 总结与展望 ............................................................................................485.1 总 结 .....................................................................................................485.2 展 望 .....................................................................................................48致 谢 ....................................................................................................................50参考文献 ..............................................................................................................52作者在学期间取得的学术成果 ..........................................................................56
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