基于ORB的交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统 |
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引用本文: | 席鹏航,李京阳,印明威,杨洪伟,宝音贺西.基于ORB的交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统[J].南京航空航天大学学报,2023(6):966-976. |
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作者姓名: | 席鹏航 李京阳 印明威 杨洪伟 宝音贺西 |
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作者单位: | 1. 天津工业大学机械工程学院;2. 中北大学航空宇航学院;3. 北京清航紫荆装备科技有限公司;4. 南京航空航天大学航天学院;5. 清华大学航空航天学院;6. 内蒙古工业大学航空学院 |
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基金项目: | 国家自然科学基金(11602123); |
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摘 要: | 为了使交叉双旋翼无人直升机在全球定位系统(Global positioning system, GPS)信号不稳定的情况下实现对目标的视觉跟踪,设计了一种交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统。首先,设计了一种视觉模块,对跟踪目标进行图像处理,利用基于方向性快速的特征点检测和旋转BRIEF(Oriented FAST and rotated BRIEF,ORB)描述子特征匹配和矩形检测,获取跟踪目标的中心点像素坐标,通过相机模型和旋转矩阵解算出跟踪目标的中心点实际位置。然后,设计了一种跟踪控制模块,采用串级比例积分微分(Proportional-integral-derivative,PID)加前馈的控制结构,为了限制极限位置和最大加速度,位置控制中采用平方根控制器,姿态控制中设计了一种交叉双旋翼姿态控制机构。之后,通过飞控地面站搭建仿真环境,对添加视觉模块的飞行控制系统进行仿真验证,结果表明,无人直升机可以很好地跟踪到视觉模块输出的期望位置。最后,进行实验验证,在设定最大飞行速度为1 m/s的条件下,姿态角最大为8°左右,位置与期望位置之间的误差最大为0.08 m,可以实现交叉双旋翼无...
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关 键 词: | 交叉双旋翼无人直升机 视觉跟踪 特征匹配 位置控制 姿态控制 |
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