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超小型无人旋翼机由于其灵活性好、携带方便、价格适中等优点,在现代军事和民用方面得到了越来越广泛的应用。在应用需求的促进下,最近10年来,超小型无人旋翼机在世界范围内经历了一个黄金发展时期,目前基本以能够实现空中自主飞行,但着陆还主要依靠遥控。这在一定程度上限制了超小型无人旋翼机的推广应用。近年来,超小型无人旋翼机的自主着陆成为国际上一个热点研究问题。
实现自主着陆的难点之一就是:要求在20米范围内获取高精度高度信息反馈给飞行控制单元,并实现着陆的零盲区控制。精确的高度控制尤为重要,特别是在近地面2米范围内时,下洗气流的地效影响很大,很小的高度偏差也将会影响旋翼机姿态控制造成着陆点很大的位置偏差和冲击,甚至撞机或摔机。如今,测量高度信息的方法有很多,GPS、超声波、激光、视觉系统等等。其中,应用较多的方案之一是双目立体视觉测高系统。在实际应用中,人们发现,传统的双目立体视觉测高系统存在近远端距离的测量不能兼顾,即近端盲区大小和远端的测量精度高低之间存在矛盾。所以,本文提出一种仿生双目异向运动系统,用来克服这对矛盾。
仿生双目异向运动系统依靠模拟人眼的异向运动来消除传统双目立体视觉系统存在近端盲区。所以,该系统可以在保证远端精度的前提下,通过模拟人眼的异向运动,旋转摄像头,让着陆目标标靶始终处于摄像头所摄图像的中心,来消除近端盲区,实现双目视觉系统的高精度及零盲区。该系统主要包括云台、摄像头、云台控制单元。它是一个典型的机电一体化系统,涉及图像处理、计算机视觉、飞行力学、自动控制、机械、电子、模式识别等诸多领域。
对于用于超小型无人旋翼机自主着陆高度测量的仿生双目异向运动系统,实际的系统调试与实验显得尤为重要,考虑到人员及设备的安全性以及调试便利,需要开发一套地面实验架系统来模拟超小型无人旋翼机的着陆过程。通过在实验架上的模拟,验证仿生双目异向运动系统的运行以及采用该系统进行高度测量并引导模拟实验平台着陆的可行性和系统的精确程度。