无人飞行器视觉导航半实物仿真系统.pdf

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1、兵工自动化2014．07OrdnanceIndustryAutomation33(7)无人飞行器视觉导航半实物仿真系统徐蓓蓓，关震宇，张赫，杨欢，李杰(1．北京理工大学机电学院，北京100081；2．北京理工大学计算机学院，北京100081)摘要：针对惯性导航系统(INS)和全球定位系统(GPS)构成的组合导航系统存在GPS信号丢失时INS测量值逐渐漂移直至发散的问题，设计并开发了一种无人飞行器视觉导航半实物仿真系统。该系统硬件部分由直线运动机构、云台摄像机、采集和控制设备、投影设备和电力供应设备等组成，软件

2、部分由图形用户界面、数据采集模块、图像处理模块和运动控制模块组成，利用多线程技术，使各模块之间能够相互独立，并通过模拟飞行器的飞行动态进行了实验。实验结果表明：该系统真实反映了无人飞行器飞行过程中的动态特性以及姿态角等的变化，并且具备良好的用户显控界面，验证了该系统的有效性以及基于图像中地平线的姿态提取算法的可行性。关键词：无人飞行器；视觉导航；图像处理；地平线提取；半实物仿真系统中图分类号：TJ85文献标志码：ASemi—physicalSimulationSystemfortheVisualNavigat

3、ionofUAVXuBeibei，GuanZhenyu，ZhangHe，YangHuan，LiJie(1．SchoolofElectromechanicalEngineering，Be(ringInstituteofTechnology，Beijing100081，China；2．SchoolofComputerScience＆Technology，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)Abstract：Fortheproblemoftheinteg

4、ratednavigationsystemconsistedofINSandGPSthatwhenthesignalofGPSiSlost，themeasurementvaluesofINSgraduallydriftuntilthedivergence，asemi—physicalsimulationsystemforthevisualnavigationofUAVisdesignedanddeveloped．Thehardwareofthesystemismainlyconsistedoflinearmo

5、tionmechanism，pan-tiltcamera，acquisitionandcontrolequipment，projectionequipmentandpowersupplyequipment，thesoftwareofthesystemismainlyconsistedofGUI，dataacquisitionmodule，imageprocessingmoduleandmotioncontrolmodule．Throughthemulti·threadingtechnique，itmakese

6、verymoduleindependentofeachother．Besides，experimentsofsimulatingUAV’Sflightdynamicswerecarriedout．Theexperimentresultsshowthat：thesystemtrulyreflectthedynamicparametersofUAVduringtheflightandthechangeofattitudes，andalsohaveagooduserdisplayandcontrolinterfac

7、e．Theexperimentresultsverifythevalidityoftheexperimentsystemandthefeasibilityoftheattitudeextractionalgorithmbasedonthehorizonintheimage．Keywords：UAV；visualnavigation；imageprocessing；horizonextraction；semi—physicalsimulationsystemO引言微小型无人飞行器视觉导航是指飞行器依据自身携带的

8、图像传感器获取图像信息，然后利用图近年来，微小型无人飞行器(UAV)的发展极为像处理技术对图像进行处理，并且结合其他的数据迅速，已经在军事、民用上得到广泛的应用。微小处理算法提取出图像中包含的一些导航信息，如飞型无人飞行器是指尺寸在米级、亚米级的无人飞行行器的姿态角、滚转速度等信息，继而将这些信息器，是现今世界各国正在大力探索、研究的新一代传送给飞行器的控制系统，控制飞行器飞向目标区飞行器，可配备陆