基于小型四軸飛行器OS-JVM的室內(nèi)避障-導(dǎo)航研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、小型飛行器以其性能可靠，能夠完成偵查、營救、視頻監(jiān)控、農(nóng)業(yè)病蟲害防治、地質(zhì)勘探等復(fù)雜任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)在廣闊的領(lǐng)域得到應(yīng)用。其中最為常用的小型四軸飛行器特點(diǎn)明顯，其機(jī)動(dòng)靈活，具有造價(jià)低、體積小、使用方便等特點(diǎn)可以用來執(zhí)行比較危險(xiǎn)的任務(wù)。小型四軸飛行器在室內(nèi)環(huán)境中的應(yīng)用研究已被廣泛關(guān)注，其主要集中在避障、導(dǎo)航等方面。
　　其他科研機(jī)構(gòu)更多的對(duì)四軸飛行器增加雙目攝像頭，激光測距儀，超頻帶，GPS等傳感器進(jìn)行四軸飛行器的導(dǎo)航、避障。本文的主要?jiǎng)?chuàng)

2、新之處在于所研究的導(dǎo)航、避障，均挑戰(zhàn)性的基于所開發(fā)的高性能OS/JVM軟件平臺(tái)的單目攝像頭四軸飛行器之上。
　　首先，為了使小型四軸飛行器具有最佳的實(shí)時(shí)圖像處理能力及高穩(wěn)定性，本文創(chuàng)新性的為其軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)和JAVA虛擬機(jī)，二者聯(lián)合優(yōu)化形成高性能OS/JVM軟件平臺(tái)，旨在提高小型四軸飛行器的高性能實(shí)時(shí)處理能力;本文首先為小型四軸飛行器核心處理器設(shè)計(jì)了一款輕型嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核iDCXⅡ，從實(shí)時(shí)處理性能、網(wǎng)絡(luò)性

3、能方面對(duì)其進(jìn)行了效果測試，并對(duì)其任務(wù)調(diào)度算法進(jìn)行了改進(jìn)，旨在減少任務(wù)的搶占開銷，使其具有高實(shí)時(shí)、低延遲的特性。
　　其次，并在小型四軸飛行器所運(yùn)行的實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核iDCXⅡ之上實(shí)現(xiàn)了精簡版的JAVA虛擬機(jī)FijiVM，并重點(diǎn)設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)JAVA應(yīng)用的任務(wù)執(zhí)行機(jī)制與相應(yīng)的類構(gòu)造。后面的導(dǎo)航避障實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核及實(shí)現(xiàn)的JAVA虛擬機(jī)聯(lián)合優(yōu)化而形成的高性能OS/JVM軟件平臺(tái)可很好的服務(wù)于實(shí)時(shí)JAVA圖像處理程序，后

4、續(xù)的算法實(shí)時(shí)性驗(yàn)證了其滿足小型四軸飛行器攝像頭所采集圖像幀的實(shí)時(shí)處理需求。
　　再次，本文實(shí)現(xiàn)了小型四軸飛行器的室內(nèi)避障，利用光流原理，依次獲得物體實(shí)際光流與由于小型四軸飛行器運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的平移光流，提出了融合光流算法，以便識(shí)別出移動(dòng)障礙物。實(shí)際的飛行結(jié)果顯示，基于融合光流算法，小型四軸飛行器有效的實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)避障。隨后，對(duì)所提出的融合光流算法的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性進(jìn)行了測試與對(duì)比分析。
　　然后，本文實(shí)現(xiàn)了基于消失點(diǎn)算法的小型四軸飛

5、行器室內(nèi)自主導(dǎo)航，經(jīng)過圖像預(yù)處理、Canny邊緣檢測、隨機(jī)Hough變換等，計(jì)算出采集圖像幀內(nèi)的所有信息直線的交點(diǎn)，并設(shè)計(jì)了基于聚類原理的消失點(diǎn)快速估計(jì)算法VPEE。本文對(duì)VPEE算法的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明VPEE算法具有很好的實(shí)時(shí)性，可有效的應(yīng)用于小型四軸飛行器的室內(nèi)自主導(dǎo)航。
　　最后，本文創(chuàng)新性的將圖像熵技術(shù)應(yīng)用于小型四軸飛行器的室內(nèi)走廊避障，結(jié)合光流均衡算法，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)障礙、墻壁等低紋理障礙的有效避障，并采用多變

6、量RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法，應(yīng)用于飛行器穩(wěn)態(tài)控制中。并對(duì)多變量RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法控制下，小型四軸飛行器的俯仰角、偏航角、滾動(dòng)角、水平垂直偏差等變量進(jìn)行了試驗(yàn)測試與結(jié)果對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，多變量RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法可以很好的應(yīng)用于小型四軸飛行器的室內(nèi)飛行控制。
　　本文為小型四軸飛行器平臺(tái)AVR嵌入式處理器單元設(shè)計(jì)了一款輕型嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，以及JAVA虛擬機(jī)，聯(lián)合優(yōu)化確保實(shí)時(shí)JAVA應(yīng)用程序在小型四軸飛