基于ORB的交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统

V249; 为了使交叉双旋翼无人直升机在全球定位系统(Global positioning system,GPS)信号不稳定的情况下实现对目标的视觉跟踪,设计了一种交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统.首先,设计了一种视觉模块,对跟踪目标进行图像处理,利用基于方向性快速的特征点检测和旋转BRIEF(Oriented FAST and rotated BRIEF,ORB)描述子特征匹配和矩形检测,获取跟踪目标的中心点像素坐标,通过相机模型和旋转矩阵解算出跟踪目标的中心点实际位置.然后,设计了一种跟踪控制模块,采用串级比例积分微分(Proportional-integral-derivative,...

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Published in南京航空航天大学学报 Vol. 55; no. 6; pp. 966 - 976
Main Authors 席鹏航, 李京阳, 印明威, 杨洪伟, 宝音贺西
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中北大学航空宇航学院,太原 030051%北京清航紫荆装备科技有限公司,北京 102101%南京航空航天大学航天学院,南京 211106%清华大学航空航天学院,北京 100084 01.12.2023
内蒙古工业大学航空学院,呼和浩特 010051
天津工业大学机械工程学院,天津 300387%天津工业大学机械工程学院,天津 300387
Subjects
visual tracking
交叉双旋翼无人直升机
特征匹配
位置控制
attitude control
视觉跟踪
intermeshing-rotor unmanned helicopter
position control
姿态控制
feature matching
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ISSN1005-2615
DOI10.16356/j.1005-2615.2023.06.003

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Summary:V249; 为了使交叉双旋翼无人直升机在全球定位系统(Global positioning system,GPS)信号不稳定的情况下实现对目标的视觉跟踪,设计了一种交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统.首先,设计了一种视觉模块,对跟踪目标进行图像处理,利用基于方向性快速的特征点检测和旋转BRIEF(Oriented FAST and rotated BRIEF,ORB)描述子特征匹配和矩形检测,获取跟踪目标的中心点像素坐标,通过相机模型和旋转矩阵解算出跟踪目标的中心点实际位置.然后,设计了一种跟踪控制模块,采用串级比例积分微分(Proportional-integral-derivative,PID)加前馈的控制结构,为了限制极限位置和最大加速度,位置控制中采用平方根控制器,姿态控制中设计了一种交叉双旋翼姿态控制机构.之后,通过飞控地面站搭建仿真环境,对添加视觉模块的飞行控制系统进行仿真验证,结果表明,无人直升机可以很好地跟踪到视觉模块输出的期望位置.最后,进行实验验证,在设定最大飞行速度为1 m/s的条件下,姿态角最大为8°左右,位置与期望位置之间的误差最大为0.08 m,可以实现交叉双旋翼无人直升机对目标的视觉跟踪.
ISSN:1005-2615
DOI:10.16356/j.1005-2615.2023.06.003