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基于视觉标志检测的旋翼无人机姿态估计方法 预览
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作者 齐咏生 孟学斌 +1 位作者 高学金 张丽杰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期28-40,139共14页
为了使旋翼无人机快速、精确、自主降落到地面着陆平台,提出一种基于视觉标志检测的无人机姿态估计方法。首先,利用标准直升机停机坪的几何特征,采用标志五步提取算法从机载摄像头采集的图像中获取视觉标志;为了满足无人机自主着陆过程... 为了使旋翼无人机快速、精确、自主降落到地面着陆平台,提出一种基于视觉标志检测的无人机姿态估计方法。首先,利用标准直升机停机坪的几何特征,采用标志五步提取算法从机载摄像头采集的图像中获取视觉标志;为了满足无人机自主着陆过程的快速性和实时性,提出一种基于距离三点法的角点检测算法,得到H形标志的12个角点;然后,通过对角点分类、编号,并与参考图像中的对应角点进行匹配,解算出包含相对姿态信息的单应矩阵;最后,应用直接线性变换(Direct linear transformation, DLT)分解单应矩阵得到无人机的姿态角,并依据相机成像的相似三角形原理计算出无人机相对于视觉标志的位置,解决了单目相机尺度不确定性问题。通过实验平台模拟无人机不同飞行状态下的姿态并进行估计,对提出算法的实时性和准确性进行了实验验证。实验结果表明:本文算法的平均执行时间为307.2 ms,位置估计的最大均方根误差为0.006 2 m,姿态角估计的最大均方根误差为0.313°,满足无人机自主着陆的准确性和实时性要求。 展开更多
关键词 旋翼无人机 主着陆 标志检测 机器视觉 姿态估计
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基于视觉自动换电池无人机自主着陆方法研究 预览
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作者 韩航迪 平雪良 +3 位作者 王荣 曹昱栋 詹茂鑫 郭昕雨 《机械制造与自动化》 2019年第1期153-155,共3页
四旋翼飞行器可以利用机载摄像头进行高空拍摄。但普通小型四旋翼飞行器较短的续航能力成为限制其使用便利性和可靠性的重要因素。为解决这一问题,提出一种基于视觉的四旋翼飞行器自主着陆、并通过着陆平台实现飞行器自动更换电池功能... 四旋翼飞行器可以利用机载摄像头进行高空拍摄。但普通小型四旋翼飞行器较短的续航能力成为限制其使用便利性和可靠性的重要因素。为解决这一问题,提出一种基于视觉的四旋翼飞行器自主着陆、并通过着陆平台实现飞行器自动更换电池功能的方法。通过实验仿真证明了该方法在解决这类问题时的有效性。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 视觉 主着陆 电池更换
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基于视觉伺服的无人机自主着陆仿真系统设计 预览
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作者 杨建业 戚国庆 盛安冬 《电子设计工程》 2019年第11期9-14,共6页
针对四旋翼无人机在地面移动目标上的着陆问题,设计了一种无人机跟踪移动载体并在其上着陆的控制策略。基于AprilTag视觉基准库设计了一个复合的着陆标志,提出了一种基于图像的视觉伺服控制器,当地面目标可视时,仅利用机载单目相机提供... 针对四旋翼无人机在地面移动目标上的着陆问题,设计了一种无人机跟踪移动载体并在其上着陆的控制策略。基于AprilTag视觉基准库设计了一个复合的着陆标志,提出了一种基于图像的视觉伺服控制器,当地面目标可视时,仅利用机载单目相机提供的图像信息,在不进行相对位姿解算的情况下实现在运动目标上的快速着陆,同时利用前馈补偿策略来减小跟踪的稳态误差。在Gazebo仿真环境中搭建了四旋翼无人机模型及着陆场景,通过仿真实验验证了所设计控制策略及伺服控制器的有效性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 单目视觉 视觉伺服 主着陆
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基于空间两点的视觉自主着陆导引算法设计
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作者 魏祥灰 唐超颖 王彪 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期357-365,共9页
为提高无人机着陆效率,从着陆速度向量场和导引律设计两方面研究改进。首先,基于椭圆设计速度向量场,实现飞行路程更短、机动性能要求更低的着陆轨迹。然后,基于像素坐标系与机体坐标系的关系,设计无人机的航迹方位角指令;以椭圆切线方... 为提高无人机着陆效率,从着陆速度向量场和导引律设计两方面研究改进。首先,基于椭圆设计速度向量场,实现飞行路程更短、机动性能要求更低的着陆轨迹。然后,基于像素坐标系与机体坐标系的关系,设计无人机的航迹方位角指令;以椭圆切线方向为参考,结合合作矢量特征,设计航迹倾斜角指令;利用图像信息,设计速度大小指令。最后,理论比较了传统轨迹与提出轨迹对方向机动性性能的要求,给出了轨迹参数与无人机方向机动性性能的关系。利用Simulink搭建系统仿真平台,计算满足要求的合作矢量特征。结果表明,无人机以曲线轨迹准确软着陆到目标,满足实际运用的需要。 展开更多
关键词 垂直起降无人机(VTOL UAV) 主着陆 视觉导引律 速度向量场 方向机动性能
月背有啥不一样 预览
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《百科知识》 2019年第4期32-33,共2页
2019年1月3日10时26分,我国的“嫦娥”四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内,实现人类探测器首次在月球背面软着陆。在此之前,人类的20多个探测器都是在月球朝向地球的一面着陆。那么,月球背面与月球... 2019年1月3日10时26分,我国的“嫦娥”四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内,实现人类探测器首次在月球背面软着陆。在此之前,人类的20多个探测器都是在月球朝向地球的一面着陆。那么,月球背面与月球正面有什么不一样呢? 展开更多
关键词 主着陆 探测器 月球 撞击坑 背面 着陆 人类
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一种基于视觉的无人机自主着陆位姿估计方法研究 预览
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作者 杨智贵 张彦 田朋云 《现代计算机》 2019年第14期19-22,共4页
针对无人机自主着陆这种应用场合,设计一种大图标嵌套小图标的人工地标,并基于该地标提出一种基于地标形状、颜色、二维矩阵的地标识别方法和基于共面四点的位姿参数解算方法。该方法在图像预处理,特征点提取获取原始点集后,使用RANSAC... 针对无人机自主着陆这种应用场合,设计一种大图标嵌套小图标的人工地标,并基于该地标提出一种基于地标形状、颜色、二维矩阵的地标识别方法和基于共面四点的位姿参数解算方法。该方法在图像预处理,特征点提取获取原始点集后,使用RANSAC获取有效点集,然后利用得到的有效点集采用线性位姿解算方法求解得出单应性矩阵和外参矩阵,并以此为初始值进行Lenenberg-Marquardt非线性优化得到精确值。 展开更多
关键词 无人机 视觉导航 主着陆
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基于分层搜索与局部约束线性编码的机场检测
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作者 胡运强 曹云峰 +1 位作者 丁萌 庄丽葵 《光学学报》 CSCD 北大核心 2018年第8期235-243,共9页
提出一种用于固定翼无人机自主着陆导航的分层机场检测方法,以提高机场检测的速度。采取一种由粗到细的分层搜索结构,逐层缩小搜索面积以快速提取机场的候选区域。首先进行伪地平线检测将机场搜索区域限制为地面区域,然后根据机场区域... 提出一种用于固定翼无人机自主着陆导航的分层机场检测方法,以提高机场检测的速度。采取一种由粗到细的分层搜索结构,逐层缩小搜索面积以快速提取机场的候选区域。首先进行伪地平线检测将机场搜索区域限制为地面区域,然后根据机场区域包含大量垂直线的事实确定机场近似区域候选区以进一步缩小机场搜索区域,最后利用Edge Boxes得到高定位精度的机场候选区域。利用局部约束线性编码(LLC)特征学习法以尺度不变特征变换(SIFT)为基础特征提取机场候选区域特征并使用线性支持向量机(SVM)分类器完成机场检测。实验中在不同天气、不同背景条件下对所提机场检测方法进行了综合测试,并与其他方法进行比较,实验结果表明本文机场检测方法能有效提高机场检测速度,且准确率高。 展开更多
关键词 机器视觉 视觉导航 固定翼无人机 主着陆 机场检测
基于机器视觉的无人机自主着陆系统 被引量:2
8
作者 黄子轩 《中国战略新兴产业》 2018年第1X期146-147,共2页
自20世纪无人机进入人类视野以来,随着各项技术的发展与逐渐成熟,无人机有了很大的发展与进步,无人机技术也变得越来越成熟。如何顺利起飞,然后按照预定路线飞行以及如何准确着陆是研究无人机设计的两个关键问题。据统计,导致飞行事故... 自20世纪无人机进入人类视野以来,随着各项技术的发展与逐渐成熟,无人机有了很大的发展与进步,无人机技术也变得越来越成熟。如何顺利起飞,然后按照预定路线飞行以及如何准确着陆是研究无人机设计的两个关键问题。据统计,导致飞行事故的无人机飞行器的原因中,占比重最大的就是飞行器着陆时操控不当而造成的。因此对于使无人机顺利着陆一直是无人机系统研究的关键,而将机器视觉技术与无人机系统相结合,利用视觉技术导航,是现在无人机系统的研究重点之一。基于此原因,本文简述了无人机自主着陆系统及其发展,然后阐述了机器视觉技术在无人机自主着陆系统中的应用及其重要性。 展开更多
关键词 无人机 主着陆 机器视觉技术
无人机精确自主着陆合作标志设计与研究
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作者 胡鹏 郝向阳 +1 位作者 刘松林 程相博 《电子测量技术》 2018年第24期83-87,共5页
旋翼无人机基于计算机视觉的精确自主着陆技术研究有着重要的价值,合作标志的设计与检测以及利用合作标志信息估计无人机的位姿是其中的关键问题。首先设计了一种基于红外LED点阵的合作标志,简化了复杂背景的影响;其次,采用阈值分割、... 旋翼无人机基于计算机视觉的精确自主着陆技术研究有着重要的价值,合作标志的设计与检测以及利用合作标志信息估计无人机的位姿是其中的关键问题。首先设计了一种基于红外LED点阵的合作标志,简化了复杂背景的影响;其次,采用阈值分割、连通轮廓提取和灰度重心法,准确定位标志点中心,并利用合作标志特征点斜率信息进行标志点编码;最后,通过实验验证该合作标志的实用性,其在复杂背景环境和动态运动过程中,可以辅助无人机完成精确自主着陆,具有一定的应用与研究价值。 展开更多
关键词 主着陆 合作标志 红外标志 无人机
飞行载体自主着陆导航技术的现状与趋势 预览 被引量:1
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作者 李丰阳 贾学东 董明 《导航定位学报》 CSCD 2017年第2期7-13,共7页
为了进一步研究飞行载体着陆导航系统的建设,首先论述自主着陆的概念及意义,并回顾卫星导航和视觉测量2种基于单一导航手段的自主着陆研究进展,然后重点分析飞行载体自主着陆的多源导航信息融合发展现状,最后归纳出飞行载体自主着陆导... 为了进一步研究飞行载体着陆导航系统的建设,首先论述自主着陆的概念及意义,并回顾卫星导航和视觉测量2种基于单一导航手段的自主着陆研究进展,然后重点分析飞行载体自主着陆的多源导航信息融合发展现状,最后归纳出飞行载体自主着陆导航技术的发展趋势。研究结果可为多源导航信息融合在自主着陆系统中的应用提供参考。 展开更多
关键词 主着陆 视觉导航 惯性导航 组合导航 多源信息融合
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基于参考轨迹的无人机自主着陆控制系统设计与仿真 预览
11
作者 朱飞翔 高永 孟浩 《海军航空工程学院学报》 2017年第5期463-468,共6页
针对无人机以不同载荷自主着陆时,固定的纵向参考轨迹线不能满足着陆速度及其他着陆参数对轨迹的要求的问题,文章根据无人机不同的飞行性能和着陆性能要求,设计纵向着陆轨迹,结合着陆过程的控制逻辑,设计控制律。并通过Matlab/Sim... 针对无人机以不同载荷自主着陆时,固定的纵向参考轨迹线不能满足着陆速度及其他着陆参数对轨迹的要求的问题,文章根据无人机不同的飞行性能和着陆性能要求,设计纵向着陆轨迹,结合着陆过程的控制逻辑,设计控制律。并通过Matlab/Simulink建立无人机的自主着陆阶段的仿真模型,验证了设计的着陆轨迹和着陆控制律满足着陆性能要求。 展开更多
关键词 无人机 主着陆 轨迹设计
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一种旋翼式无人机的视觉着陆位姿估计方法 预览 被引量:6
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作者 高扉扉 陈念年 +1 位作者 范勇 巫玲 《电光与控制》 北大核心 2017年第2期35-38,80共5页
针对旋翼式无人机视觉着陆过程中位姿估计精度低、适用距离小的问题,研究了一种基于分级合作目标的融合位姿估计方法。首先,通过分级合作目标的质心相同和固定面积比等属性确定目标区域,并利用LSD直线提取方法获取特征点坐标信息。然后... 针对旋翼式无人机视觉着陆过程中位姿估计精度低、适用距离小的问题,研究了一种基于分级合作目标的融合位姿估计方法。首先,通过分级合作目标的质心相同和固定面积比等属性确定目标区域,并利用LSD直线提取方法获取特征点坐标信息。然后,利用Tsai方法与快速四点方法的融合方法进行无人机位姿参数估计。实验结果表明,分级合作目标增大了无人机位姿估计的适用距离,且该融合方法提高了位姿参数估计精度。 展开更多
关键词 无人机 位姿估计 主着陆 合作目标
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无人机自主着陆图像识别压缩技术研究 预览
13
作者 黄兴明 汤博麟 +1 位作者 王睿 乌云毕力格 《测绘与空间地理信息》 2017年第3期133-134,136共3页
近些年来,随着遥感测绘需求日益增加,测绘型旋翼无人机的使用变得愈加频繁。测绘型旋翼无人机以其独特的气动性能及应用特点,使得其与固定翼无人机可以共同应用于航片拍摄。目前,由于地形及地域等多重因素的影响,测绘型旋翼无人机... 近些年来,随着遥感测绘需求日益增加,测绘型旋翼无人机的使用变得愈加频繁。测绘型旋翼无人机以其独特的气动性能及应用特点,使得其与固定翼无人机可以共同应用于航片拍摄。目前,由于地形及地域等多重因素的影响,测绘型旋翼无人机在执行任务期间经常遇到气流扰动、遥控信号干扰、GPS辅助信号中断等意外情况,需要应用其自主模式进行辅助着陆。而要实现自主着陆首先需要解决的是无人机对地面着陆地标的识别处理等一系列问题,本文就相关的图像识别压缩技术进行设计研究。 展开更多
关键词 测绘型旋翼无人机 主着陆 图像识别压缩处理技术
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无人机自主着陆纵向控制律设计 预览 被引量:1
14
作者 高九州 贾宏光 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1799-1806,共8页
针对无人机的自主高精度定点着陆,应用自适应内模控制(AIMC)原理设计了自主着陆纵向飞行控制律。以轮式无人机为平台,将纵向非线性模型解耦并线性化。然后,以地速和下沉率为控制目标,应用AIMC理论设计了纵向飞行控制律。通过对AIMC滤... 针对无人机的自主高精度定点着陆,应用自适应内模控制(AIMC)原理设计了自主着陆纵向飞行控制律。以轮式无人机为平台,将纵向非线性模型解耦并线性化。然后,以地速和下沉率为控制目标,应用AIMC理论设计了纵向飞行控制律。通过对AIMC滤波参数进行自调整改善了系统的动态特性,基于对模型的辨识增强了系统的鲁棒性。在顺逆风6m/s的条件下对AIMC系统进行了数字仿真,结果显示其落点精度达到前后向30 m范围内。与传统内模控制(IMC)系统相比,提出的自适应内模控制(AIMC)系统在动态性能和落点精度等方面均有明显提高。最后,搭建了半物理测试平台,通过半物理仿真测试复现了系统数字仿真结果,验证了系统功能的完整性和协调性。 展开更多
关键词 无人机 主着陆 适应内模控制 纵向飞行控制律 数字仿真 半物理测试
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新型的无人机自主着陆地标设计与研究 预览 被引量:1
15
作者 陈勇 刘亨立 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期934-938,共5页
在基于计算机视觉的无人机自主着陆过程中,地标的设计与检测以及无人机位姿估计是其中的关键问题。该文提出了一种基于极坐标变换的无人机位姿估计算法,并设计了新型的着陆地标。首先,充分利用极坐标所需参数少、计算简单的优点,将... 在基于计算机视觉的无人机自主着陆过程中,地标的设计与检测以及无人机位姿估计是其中的关键问题。该文提出了一种基于极坐标变换的无人机位姿估计算法,并设计了新型的着陆地标。首先,充分利用极坐标所需参数少、计算简单的优点,将极坐标变换运用到位姿估计算法中,由此设计了半圆环形状的着陆地标;其次,利用显著性检测算法对地标进行检测,并利用Hough算法提取所检测到的地标中的直线;最后,实验结果表明该算法准确快速,且适用于复杂背景的情况,该地标在无人机自主着陆中是可行的。 展开更多
关键词 主着陆 地标 极坐标 无人机
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基于光流的四旋翼直升机鲁棒自主着陆控制 预览 被引量:4
16
作者 张连华 王京 +1 位作者 石宗英 钟宜生 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期1492-1500,共9页
针对小型四旋翼无人机自主着陆问题,提出了一种基于光流的高度估计方法和基于信号补偿的高度鲁棒控制器设计方法.首先从通用光流运动模型出发,采用奇异值分解方法求解无人机线速度和深度的比值,通过对垂直速度和高度比值积分获得高... 针对小型四旋翼无人机自主着陆问题,提出了一种基于光流的高度估计方法和基于信号补偿的高度鲁棒控制器设计方法.首先从通用光流运动模型出发,采用奇异值分解方法求解无人机线速度和深度的比值,通过对垂直速度和高度比值积分获得高度数据.其次,将考虑地效影响和其它不确定性的高度通道非线性模型分解为标称线性模型和等效扰动两部分,并设计基于信号补偿的高度鲁棒控制器,该控制器由标称控制器和鲁棒补偿器组成,其中标称控制器使得标称闭环系统达到期望的高度跟踪特性,鲁棒补偿器用于抑制等效扰动的影响.最后从理论上证明了该控制器可以保证高度跟踪误差在有限时间内收敛至指定的原点邻域内.四旋翼无人机自主着陆的实验结果验证了所提出的基于光流的高度估计和鲁棒控制方法的有效性. 展开更多
关键词 无人机 光流 鲁棒控制 主着陆
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固定翼飞行器自主着陆中视觉算法的研究 预览 被引量:1
17
作者 徐宽 王新华 +1 位作者 蔡俊华 吴赛飞 《电子设计工程》 2016年第17期35-38,共4页
固定翼无人机自主着陆引导系统有跟踪速度快、精度高的特点,本文设计并搭建一套基于Adaboost视觉算法的自动着陆引导系统。文中首先介绍了视觉着陆引导系统的原理、组成,并分析其数学模型,其次在使用机器学习Adaboost算法的基础上,通过... 固定翼无人机自主着陆引导系统有跟踪速度快、精度高的特点,本文设计并搭建一套基于Adaboost视觉算法的自动着陆引导系统。文中首先介绍了视觉着陆引导系统的原理、组成,并分析其数学模型,其次在使用机器学习Adaboost算法的基础上,通过使用高斯分布模型以及基于距离的聚类算法提高对单飞行器和多飞行器的识别精度。最后通过仿真实验对视觉识别算法的可靠性,精度进行验证。得到本文设计的自主着陆系统很好的满足固定翼飞机自主着陆的需求的结论。 展开更多
关键词 飞行器控制 导航技术 机器视觉 ADABOOST算法 聚类算法 主着陆
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一种基于惯性/视觉信息融合的无人机自主着陆导航算法 预览 被引量:3
18
作者 刘畅 杨良军 +3 位作者 刘峰 王翌 徐策 刘崇亮 《导航定位与授时》 2016年第6期6-11,共6页
无人机自主着陆过程中需要实时获得高精度的导航信息,对自主性、实时性的要求较高。现有的导航方式都存在各自的不足,且在室内等新型环境中不能使用。针对这一问题,提出了一种视觉/惯性组合导航算法。首先建立了世界坐标系下惯性导航的... 无人机自主着陆过程中需要实时获得高精度的导航信息,对自主性、实时性的要求较高。现有的导航方式都存在各自的不足,且在室内等新型环境中不能使用。针对这一问题,提出了一种视觉/惯性组合导航算法。首先建立了世界坐标系下惯性导航的数学模型,随后通过Kalman滤波实现位置、姿态匹配,其中位置匹配完成速度误差、加表零偏的估计;姿态匹配完成安装误差角、陀螺漂移的估计,并利用估计得到的安装误差角和视觉导航系统输出的姿态信息对惯导姿态进行修正。仿真结果表明,该算法具有一定的工程应用价值。 展开更多
关键词 无人机 主着陆 视觉/惯性组合导航 位置、姿态匹配
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无人机航迹角的非线性增益递归滑模控制 预览 被引量:2
19
作者 孙秀霞 刘希 +3 位作者 徐嵩 蔡鸣 高杨军 唐强 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期379-384,共6页
针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicles,UAVs)自主着陆过程中的航迹角跟踪控制问题,提出了一种非线性增益递归滑模控制方法。通过引入一个新的非线性增益函数,并设计含有积分项的递归滑模面,在保证航迹角跟踪控制精度的同时有效... 针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicles,UAVs)自主着陆过程中的航迹角跟踪控制问题,提出了一种非线性增益递归滑模控制方法。通过引入一个新的非线性增益函数,并设计含有积分项的递归滑模面,在保证航迹角跟踪控制精度的同时有效改善了控制系统的动态品质,克服了常规动态面控制(dynamic surface control,DSC)方法对于量测噪声敏感、容易引起执行器饱和的缺点。理论证明了所得航迹角跟踪控制系统所有状态半全局一致最终有界,航迹角跟踪误差可以收敛至原点的指定小邻域,且对于非时变干扰和常值指令不存在稳态跟踪误差。在YF-22模型机上进行的数值仿真验证了本文方法的优越性。 展开更多
关键词 航迹角控制 非线性增益 滑模控制 主着陆
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微小型四旋翼无人机自主着陆视觉系统研究 预览 被引量:2
20
作者 何昱 王彪 +1 位作者 谷世宁 徐贵力 《计算机测量与控制》 2015年第5期1682-1685,共4页
以实现微小型四旋翼无人机依靠视觉信息完成自主着陆为目的,采用TI公司DM3730芯片作为核心处理器,构建一套自主着陆视觉导引信息处理系统;充分考虑了视觉系统的特点,选用小巧、便携、合理的实验硬件,通过对图像的前期处理,采用相对简单... 以实现微小型四旋翼无人机依靠视觉信息完成自主着陆为目的,采用TI公司DM3730芯片作为核心处理器,构建一套自主着陆视觉导引信息处理系统;充分考虑了视觉系统的特点,选用小巧、便携、合理的实验硬件,通过对图像的前期处理,采用相对简单的视觉处理算法,识别出着陆标识,通过解算得到着陆信息并完成飞行器的自主着陆过程;实验结果表明,系统较为可靠,在常规条件下,该系统能够有效识别人工着陆标识,准确解算出着陆标识与飞行器的相对位置信息用于自主着陆导引. 展开更多
关键词 DM3730 主着陆 视觉导引 微小型四旋翼
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