小型无人机地面目标跟踪系统机载云台自适应跟踪控制

本文针对小型无人机地面目标跟踪系统,提出了一种机载云台自适应跟踪控制算法.该算法在摄像机外参数未知的情况下,利用图像信息和机载传感器得到的无人机状态进行反馈,最终实现了对云台摄像机姿态的控制,使得无人机在跟踪目标飞行过程中,地面目标可以始终保持在摄像机的图像中心.为此,论文首先通过分析无人机、目标和摄像机三者的相对位姿关系,建立了目标点在图像平面的运动学模型.在此基础上,基于李雅普诺夫稳定性理论设计了自适应控制算法.理论分析与仿真结果表明本文所设计的摄像机姿态控制器在摄像机外参数未知的情况下,可以使被跟踪目标始终保持在图像中心.     

小型无人机机载两轴云台设计与实现

针对小型无人机功率和载荷有限这一特点,本文设计了一套小型无人机机载两轴云台,采用集成了三轴陀螺仪、三轴加速度计MPU6050作为云台姿态反馈元件,使用互补滤波进行姿态解算。由于传统小型无人机的云台采用伺服舵机作为驱动电机,舵机内部减速齿轮的回滞误差会导致拍摄画面晃动,因此采用无刷电机直接驱动云台。为了测试该系统的有效性,通过小型四旋翼挂载该两轴云台拍摄实验,实验结果表明该云台使拍摄画质更加平稳,验证了该系统的有效性。     

面向搜索跟踪任务的小型无人机云台补偿控制

在地面目标搜索任务中,无人机与传感器设备的安装交联和无人机的六自由度运动会使得无人机探测路径与飞行路径之间产生差异．因此,针对耦合作用给搜索任务带来的消极影响,将无人机本体的姿态测量信息引入到对云台的控制中,保证飞行路径与探测路径的协调．同时,针对目标跟踪任务,对因为无人机与目标的相对位置变化对实时捕捉目标造成的不良影响进行补偿,使摄像机对目标的凝视更稳定、更准确．最后,通过仿真实验验证该云台控制方法的有效性．     

一种全局指数收敛的摄像机内参数观测器

针对摄像机标定问题,本文从控制理论角度出发设计了一种具有指数收敛特性的摄像机内参数观测器.当摄像机随移动机器人等运动平台一起旋转时,该观测器使用其运动信息和实时拍摄得到的特征点图像信息,可以实现对摄像机内参数的在线估计.具体而言,论文分析了云台摄像机的运动约束,建立了特征点图像坐标变化的运动学模型,随后基于4个或4个以上特征点（其中任意3点不共线）,构造了一种内参数非线性观测器,并通过理论分析证明了其状态估计指数收敛于摄像机的相应内参数,仿真结果验证了这种非线性观测器的良好特性.     

基于AVR单片机的机载惯性稳定云台设计

针对多旋翼无人机在航拍时,画面会随着巡航时俯仰、横滚等飞行动作而变得不稳定的问题,设计了一种基于AVR单片机和MEMS陀螺仪的机载惯性稳定云台。该云台利用经卡尔曼滤波(Kalman Filtering)的陀螺仪输出数据对飞机在三个轴向上的角速度变化进行监测和判断,驱动步进电机对云台姿态进行实时反向补偿,实现这一系统使摄影机拍摄的画面能够时刻保持稳定。实验结果表明,系统稳定、可靠、性能良好。     

无人驾驶飞机机载传感器小型化研究与应用

结合无人驾驶飞机机载使用要求，从工程实践出发，着重对ＣＫ－ＩＭ缩比模拟飞机机载小型压力测试系统进行了可行性方案论证，通过合理选择和设计压力测试部件，实现了机载应用。进而根据微型无人驾驶侦察机使用特点，试制了小型高度传感器，并按航空环境条件作了地面模拟试验，证实传感器具有稳定可靠的性能。上述小型压力测试传感器有着广泛开发前景，不仅适合于小型无人机机载应用，同时可改进大型无人机机载压力测试系统，并将有助于新型机载传感器小型化、数字化的综合应用研究。     

动态云台摄像机无人机检测与跟踪算法

为应对小型无人机的黑飞、滥飞对个人隐私、公共安全造成的威胁,本文采用高清云台摄像机定点巡航的方式对近地动态复杂背景中的无人机进行检测与跟踪,并提出了一种适用于动态云台摄像机的闭环无人机检测与跟踪算法,包含检测与跟踪两种模式。在检测模式下,本文设计了一种基于运动背景补偿的运动目标检测算法来提取分类候选区域,然后利用基于神经网络结构搜索得到的轻量级卷积神经网络对候选区域进行分类识别,可在不缩小高清视频图像的条件下实现无人机检测;在跟踪模式下,本文提出了一种结合卡尔曼滤波的局部搜索区域重定位策略改进了核相关滤波跟踪算法,使之在高清云台伺服追踪过程中仍能对目标进行快速稳定的跟踪;为将检测模式与跟踪模式结合在闭环框架中,本文还提出了一种基于检测概率和跟踪响应图状态的自适应检测与跟踪切换机制。实验表明,本文算法可应用于定点巡航状态的高清云台摄像机,实现近地复杂动态背景中无人机的实时准确检测、识别与快速跟踪。     

小型无人机数据采集与通信系统的设计与实现

小型无人机不论在军事还是民用方面都得到了广泛的应用，其导航、姿态、采集数据信息都需要串口与机载单片机进行通信，并且需要将传感器数据传送至地面控制站进行分析。设计实现由GM8125芯片进行单片机串口的扩展．通过传感器HMR3300和ITRAX02对无人机的姿态、导航数据进行采集，并通过GSM MODEMMC35将数据传送至地面控制站。     

一种无人机载光电吊舱目标定位方法

无人机载光电吊舱在执行地面目标的搜索与跟踪任务时,需对锁定的地面目标位置进行精确定位解算。文中阐述了无人机载光电吊舱的光电探测器锁定地面目标后,无人机将机载G PS信息、姿态信息、航向角及光电吊舱的方位角俯仰角等直接测量的物理数据发送给地面站;地面站通过对光电吊舱球面坐标系到WGS‐84坐标系等一系列坐标转换,解算出光电探测器视轴与地面交点的位置信息;同时结合实际应用对定位精度进行了简要分析。     

基于云台摄像机的自适应无人机跟踪系统

针对当前光电跟踪系统作用距离短、目标跟踪易丢失、视频图像抖动等问题,设计了一种适用于远近距离目标稳定跟踪的系统.首先利用云台摄像机连续采集图像;其次图像处理模块预测目标图像区域进行目标检测;然后利用目标大小进行镜头的变倍变焦自适应控制;最后将视场划分三个区域,根据连续时间目标偏移中心趋势及所在区域位置逐步控制云台的速度和方向,使目标保持在图像中心附近,实现自动实时跟踪.测试表明,在能见度大于10 km的条件下,系统对轴距0.3 m的无人机(UAV)跟踪距离可达3 km,角度跟踪误差低于0.35°,平均单次检测时间小于20 ms.该系统实现了对空中无人机全方位、远近距离的实时稳定跟踪.