基于视觉的复杂环境下微型飞行器自主飞控问题探讨VIP免费

2007年12月第18卷第6期装备指挥技术学院学报JournaloftheAcademyofEquipmentCommand&TechnologyDecember2007Vol-18NO．6fl基于视觉的复杂环境下微型飞行器自主飞控问题探讨达兴亚1，屠恒章2，装备指挥技术学院研究生管理大队，北京101416，3．装备指挥技术学院航天装备系摘事应用价值目标跟踪的对视觉技术沈怀荣32．装备指挥技术学院，北京101416；北京101416)要：基于视觉的飞行控制是提高复杂环境下微型飞行器生存能力和军的有效手段。介绍了视觉技术应用于微型飞行器姿态估计、自主导航和基本方法，归纳出视觉飞控的关键技术，并探讨了一些解决方法。最后，的应用进行了展望。关键词：微型飞行器；计算机视觉；飞行控制中图分类号：V249．1；V279．2文献标识码：A文章编号：1673—0127(2007)06—0041—04ExplorationofVision—basedAutonomousFIightControIforMAVsinComplexEnvironmentDAXingyal。TUHengzhan92，SHENHuairon93(1-CompanyofPostgraduateManagement，theAcademyofEquipmentCommand8LTechnology，Beijing101416，China；2．TheAcademyofEquipmentCommand&Technology，Beijing101416，China；3．DepartmentofSpaceEquipment，theAcademyofEquipmentCommand＆Technology，Beijing101416，China)Abstract：Vision—basedflightcontrolcanefficientlyimprovetheexistingpowerandmilitaryappli—cationvalueofmicroairvehicles(MAV)incomplexenvironment．Thebasicideaofvisionmethodsappliedinattitudeestimation，autonomousnavigationandobjecttrackingofMAVsispresented，andthreekeyfactorsofvision—basedautonomousflightcontr01forMAVsaresummarizedandsomeresolutionsarediscussed．ApredictionabouttheapplicationsofvisionmethodsforMAVsflightcontrolisgivenintheend．Keywords：microairvehicle；computervision；flightcontrol微型飞行器可以装备到单兵，进行低空军事侦察、监视、战场损伤评估、主动攻击和防御等，其侦察系统一般采用低分辨率的广角镜头，图像质量不高。要获得细节清晰的图像，应尽量降低飞行高度。但是当微型飞行器用于诸如城市、丛林等未知的复杂环境时，高度降低使其面临更多障碍威胁，因此要求微型飞行器具备自主飞行能力。利用视觉技术可以解决自主飞行问题。视觉技术不仅可以感知环境，识别障碍和目标，还能提取飞行器姿态、角速度等信息，受到广泛关注。美国佛罗里达大学等机构从城市等复杂环境出发，研究了视觉技术在飞行参数提取和控制上的应用，取得了不少成果。基于视觉的飞行控制主要分为姿态估计、自收稿日期：2007—04—26作者简介：达兴亚，男，硕士研究生．主要研究方向：飞行器总体设计理论与技术．dxingya@163．corn．屠恒章，男，教授，博士生导师．万方数据42装备指挥技术学院学报主导航和目标跟踪3个方面。微型飞行器姿态估计通过检测地平线完成。Ettinger等人口。]采用这种方法实现了飞行器的稳定飞行和航点导航。在此基础上，我国学者提出了一种减小计算量的地平线检测判据[4]。自主导航方面，Watkins等人[53设计了一种视觉导航系统，可以识别障碍并进行航迹规划。该系统进行了模型试验，结果较好。Todorovic等人16]从完成智能任务出发，研究了目标识别方法，提出的基于图像分割的方法，能够识别移动中的车辆，效果较好。另外，Satti—geri[73和Stepanyan[8。分别研究了飞行器编队飞行的队形保持和空中目标跟踪的导航控制律。这些工作对解决复杂环境下微型飞行器的控制和应用问题起到了促进和借鉴作用。扰，边界限制更严格，对算法鲁棒性要求很高。1．3基于视觉的目标跟踪技术目标跟踪技术包括目标识别和导航控制律2部分。微型飞行器目标识别包括操作员指定和飞行器自动识别2种方式。自动目标识别可以提高微型飞行器的军事应用价值，得到了更多重视。目标跟踪一般将目标相对于飞行器的角度和距离作为被控量，根据不同任务选择控制规律。相对角度从图像中直接获得，相对距离较难确定。如果目标大小已知，利用其在图像中的位置信息计算相对距离。大小未知时，通过2帧运动分析估计飞行器相对运动，再利用成像公式求...