基于慣性傳感和視覺方法的無人直升機位姿估計比較研究.pdf

1、小型無人機因為其靈活的控制特性和相對低廉的成本廣泛應用于軍事偵察、森林防火、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。顯而易見,在無人機的自主飛行控制中,位置和姿態(tài)估計是最為重要的一部分,一般意義上的位姿估計是將IMU和GPS的數(shù)據(jù)進行融合來得到無人機的位姿。但IMU工作過程中必然存在的低頻噪聲所導致的導航誤差會隨時間積累,導致位姿估計的不準確。GPS的估計誤差雖然不隨時間累積,但天氣條件或無人機的飛行動作等都會影響GPS信號的接收。因此基于視覺方法的無人機位姿

2、估計伴隨著計算機視覺的蓬勃發(fā)展被提出,并且得到廣泛的關(guān)注和研究?；谟嬎銠C視覺方法的位置和姿態(tài)估計,相對于傳統(tǒng)的位姿估計而言,使用機載相機或者地面相機作為信息來源,可以將無人機所處環(huán)境做出詳盡的描述,具有良好的現(xiàn)場應用性。
　　本文針對基于慣性傳感和視覺方法的無人直升機位姿估計比較研究這一課題,展開了理論研究和比較試驗驗證,在試驗中將基于視覺方法得到的位姿與傳統(tǒng)的位姿估計方法得到的位姿進行了對比分析。在課題進行中,首先設計了無人機

3、位姿采集板,并基于傳統(tǒng)的位姿估計方法,使用四元素法完成了姿態(tài)更新解算,提取出了無人機飛行過程中的實時位姿,然后針對基于視覺信息的無人機位姿估計,設計了單目機載視覺估計方法的試驗平臺及試驗方案,并進行了最終的試驗。試驗結(jié)果表明,本課題研究的基于視覺的位姿估計方法是簡單有效的。最終的試驗結(jié)果中航向角的誤差整體不超過3°,俯仰角和橫滾角的誤差都小于2°,位置估計的結(jié)果優(yōu)于單獨使用IMU進行估計的結(jié)果。因此可以認為該方法可以將運動過程中的位姿變