基于机器视觉的无人直升机自主着舰系统设计

admin

题目：


雅宝题库答案：

****此区域为收费内容****    需支付 1 知识币后可查看，1币=0.01元查看答案

雅宝题库解析：
无人直升机在民用和军事等领域都具有广泛的应用前景，具有较高的应用价值。近二十年，随着计算机技术、传感器技术、材料科学和人工智能理论等领域的发展，无人直升机的研究取得了丰富的成果。实现无人直升机的自主化和智能化是当前研究的热点，研究人员力图实现无人直升机常规飞行动作的自主化以减轻操作人员的工作负担，实现无人直升机自主降落是其中较为活跃的研究课题。本文针对舰载无人直升机的自主降落题目进行了系统的研究，研究内容涉及自主着舰的全过程，主要工作如下：1.        介绍了课题的研究背景、研究目标和研究内容，指出了研究难点。综述了无人直升机自主降落的相关技术和方法，分别对这些方法进行了分类和比较，指出了其优点和不足之处。随后，特别对基于视觉的无人直升机自主着舰相关领域的技术进行了详细的综述，为无人直升机视觉系统的发展和自主着舰研究工作提供了参考。在分析已有成果的基础上，本文给出了基于视觉的无人直升机自主着舰系统的设计方案，该方案具有一定的冗余度，利于保证自主着舰阶段的安全。2.        对用于无人直升机自主着舰的视觉系统设计工作按照视觉系统的工作流程进行了详细介绍。首先介绍了用于飞行甲板识别的标识设计。接着介绍了图像预处理的算法。标识的特征设计与提取是本章的重点，分别基于惯性矩、傅立叶变换、小波理论设计了具有在仿射变换下保持不变的标识特征表示方法，并对所设计的特征进行了仿真实验验证。仿真实验表明，在静态环境下，所设计的特征具有较好的稳定性，而在动态环境特征的数值出现了一定程度的浮动。文中对出现这种现象的原因进行了分析，指出图像的数字化本质和仿射模型对透视模型的近似误差是产生上述现象的主要原因。在无人直升机视觉自主降落领域，本文是首次系统地提出上述三种特征表示方法，首次给出规则化的仿射不变傅立叶描述函数的定义，并推导出多个新型式的仿射不变小波描述子。同时在已经发表的研究工作中，本文是第一次较全面进行大量仿真实验和进行工程化分析的研究工作。鉴于特征的数值可能出现的浮动，本文分别基于模糊识别技术和神经网络识别技术，设计了具有一定冗余度和容错能力的识别算法，并给出了仿真识别实验结果和结果分析，本文构建的多通道识别算法是无人直升机自主降落研究领域内首次尝试。最后给出了利用提取的特征估计无人直升机与军舰相对姿态的算法。3.        基于Kalman滤波技术分别设计了两个跟踪系统。一个是基于传统的Kalman滤波技术，建立了对军舰在海面二维方向跟踪的算法，仿真实验证明该算法能够实现对军舰的跟踪和预测军舰未来短期内的运动状态，相对于已经发表的单方向跟踪系统，具有更好的跟踪性能。二维跟踪系统与飞行控制系统相结合使无人直升机能够以与军舰运行方向具有一定夹角的航向飞向飞行甲板上空区域，使无人直升机能够避开军舰的尾流区等不利空域。另一个是基于修改的Kalman滤波技术实现对飞行甲板在海浪作用下摇摆运动状态跟踪与预测的跟踪系统，该系统对Kalman滤波算法加进修正因子。通过实时学习对修正因子按照误差最小的原则实施调整。修改的预测算法能够对飞行甲板的纵摇、横摇和浮沉运动状态进行短期的预报，仿真实验表明该算法具有较好的预报精度和足够的预报提前时间，预测的最大提前时间约为4秒。4.        设计了无人直升机的控制系统。针对自主着舰阶段轨迹跟踪飞行的需求，设计了基于三次曲线的飞行轨迹和基于最优化理论的轨迹跟踪飞行最优控制率，仿真实验证明无人直升机能够在发现目标后实现飞行轨迹的规划和跟踪飞行，算法实时性好。设计了基于模糊控制技术的飞行控制系统，该系统由分级的行为控制器组合构建。单个行为具有一定的反射行为能力。按照控制任务的需求，控制系统又可以分为内环的快速控制行为和外环的任务规划行为。主要的控制行为有速度、高度、姿态和航向等控制行为。每个控制行为采用模糊控制技术，根据专家制定的控制规则实现无人直升机的智能飞行。仿真实验证明各个控制行为能够精确执行控制指令。5.        介绍了仿真软件的开发工作和无人直升机与军舰的性能参数，本文设计的仿真软件在无人直升机智能飞行仿真领域中具有较好的系统性和快速拓展能力。我们利用本文设计的仿真软件，获取了自主着舰大量的仿真实验数据，文中分别给出了自主着舰的位置精度、触舰时刻甲板摇摆状态、自主飞行全程耗时、系统工作状态转换和军舰进行变速运动条件下自主着舰等仿真实验结果。最后对全文工作进行了总结，系统地分析了本文取得的研究成果，对本文存在的不足进行了详细分析，又对未来的发展做出了展望。