基于计算机视觉的UAV自主空中加油半物理仿真

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1、2013年11月北京航空航天大学学报November2013第39卷第ll期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No．11基于计算机视觉的UAV自主空中段海滨张奇夫加油半物理仿真范彦铭(北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室，北京100191)(中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，沈阳110035)李昊(北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室，北京100191)摘要：设计并实现了一种基于计算机视觉的无人机(UAV，UnmannedAerialVehi-cle)自主空中加油仿真平台，采用点匹

2、配与位姿估计算法对软管式加油锥发光二极管(LED，LightEmittingDiodes)标志进行识别．对大气扰动和尾涡流进行了建模，建立了加油锥模型，并设计了加油锥运动状态预估算法．在此基础上，设计了基于线性二次型调节器(LQR，LinearQuadraticRegulator)的飞行控制律．基于上述技术，在实验室环境下设计开发了基于单目机载摄像机的无人机自主空中加油半物理仿真平台．半物理试验结果表明：所设计的位姿匹配算法和飞行控制律能够满足复杂环境下无人机自主空中加油的性能要求，具有较强的实时性、准确性和鲁棒性．关键词：无人机；自主空中加油；计算机视觉；线性二次型调节器；尾涡流中图分类号

3、：TP273文献标识码：A文章编号：1001—5965(2013)11—1491-06Hardware·-in··loopsimulationplatformforUAVautonomousaerialrefuelingbasedoncomputervisionDuanHaibinZhangQifu(ScienceandTechnologyonAircraftControlLaboratory，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)FanYanming(ShenyangAircraftDesigna

4、ndResearchInstitute，AVIC，Shenyang110035，China)“Hao(ScienceandTechnologyonAircraftControlLaboratory，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Ahardware—in—loopsimulationplatformofunmannedaerialvehicle(UAV)autonomousaerialrefuelingbasedoncomputervisionwasdeveloped．Poi

5、ntfeaturematchingandLHMposeestimationalgorithmswereadoptedtotherecognitionoflightemittingdiodes(LEDs)onthedrogue．Themodelsofatmosphericdis-turbancesandwakevortexhadbeenbuilt，andthedroguemodelwasalsopresented．Subsequently，alinearquadraticregulator(LQR)controllawforUAVwasdesigned．Thehardware-in—loops

6、imulationplatformwithairbornemonocularcameraforUAVautonomousaerialrefuelinghadbeendevelopedinlabenvironment．Se-riesofhardware—in—loopexperimentalresultsdemonstratethefeasibilityandeffectivenessofourpresentedap-proachesinthissimulationplatform．Keywords：unmannedaerialvehicle(UAV)；autonomousaerialrefu

7、eling(AAR)；computervision；lin—earquadraticregulator(LQR)；wakevortex收稿日期：2012．12-23；网络出版时间：2013-10-1016：34网络出版地址：WWW．enki．net／kems／detail／11．2625．V．20131010．1634．001．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(61333004，61273054，6