无人机视觉辅助着舰导航

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1、赚毛謂媒麟图硕±学位论文胃樂圓无人観觉誦麵导航作者姓名黄楠楠指导教纖名、职務刘贵春教授串请学位类别工学硕壬西安电子科技大学学位论文独创性（或创新巧）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果中所罗列的内容外；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一同工。与我作的同事对本研巧所做的任何贡献均己在论文中

2、作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。文減锦日期础女．１２本人签名：養：１９西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，目Ｐ；研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文，；学校可公布论文的全部或部分内容允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研巧成果完成的论。文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学保密的

3、学位论义在。＿年解密后适用本授权书本人签名：水爲冰斋导师签名；—日期：ｍＫ，１义、日期：７ｎｔｔ．Ｊｌ．学校代码10701学号1304122075分类号TP391密级公开西安电子科技大学硕士学位论文无人机视觉辅助着舰导航作者姓名：黄楠楠一级学科：控制科学与工程二级学科：控制理论与控制工程学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：刘贵喜教授学院：机电工程学院提交日期：2015年11月VisionaidednavigationforunmannedaerialvehiclelandingonshipAthesissubmi

4、ttedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinControlTheoryandControlEngineeringByHuangNanNanSupervisor:LiuGuiXiProfessorNovember2015摘要摘要随着科技的发展，无人机在军用和民用等方面发挥着越来越不可替代的作用。在军事方面发挥的作用主要是侦察、作战以及收集信息；在民用方面的应用主要是完成涉及危险环境的搜查和救援工作。无人机安全着陆是完成无

5、人机飞行任务的关键，运用计算机视觉技术的导航方法是目前最先进的导航方法之一。相比于先前的导航方式，基于视觉的导航方式不仅可以节省大量的人力物力，还拥有成本低、精度高、高度抗干扰等长处；已是很多学者和机构研讨的热点。本文研究的无人机视觉辅助导航着舰技术，为了提高位姿解算的精度，提出了数据融合算法，并通过仿真实验对算法进行了实验验证。首先，对无人机在着舰过程中基于计算机视觉技术位姿估计算法的步骤进行了介绍。首先离线标定机载摄像机，获得摄像的内参矩阵，为精确进行无人机位姿数据的解算做准备；之后综合考虑地标形状和尺寸、地标角点几何分布和角点数

6、量对位姿估计精度的影响，精心设计了“T”型着陆地标形状和尺寸参数，将地标轮廓提取和角点检测算法相结合，得到几何分布好、数量适中的8个角点用于位姿解算，保证了算法的精度；最后利用三维空间到二维像平面投影关系对飞行位姿参数进行实时解算。其次，考虑到位姿计算实时性和准确性，把上述算法做了优化。无人机着陆过程中的位姿估计算法包括图像预处理、目标跟踪以及位姿解算三个部分，为了保证算法的实时性，对Lucas-Kanade(LK)光流法稳定跟踪地标的处理过程做了重要改进，直接将提取的这8个角点作为LK光流法检测和跟踪的输入,避免常规LK光流算法对整

7、幅图像进行角点遍历检测，大大减小了一般LK光流法角点检测、匹配与角点跟踪的数量，大大改善了算法实时性。并且加入了卡尔曼滤波算法，改善了位姿估计的精度。最后，设计了飞行视景仿真实验，并详细介绍了实验的设计过程、实验框架、程序的流程以及仿真实验的飞行画面；并给出了仿真实验的结果；最后分析了算法的实时性。仿真实验中将视觉导航算法和视景仿真实验融为一体，形象直观的展示了无人机着陆过程中的估计位姿参数和实际位姿参数，多角度、多通道的再现了着陆全过程，并验证了算法的真实性、准确性和可行性。实验结果表明，算法具有较高估计精度，算法平均周期为55.5

8、191ms(约18.0帧/秒)，在无人机速度较低的着舰过程中基本满足实时性要求。关键词：无人机，视觉辅助导航，自主着舰，位姿解算，坐标转换IABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofscie