基于视觉的旋翼无人机地面目标跟踪(英文)

无人机地面站

无人机地面站 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括 :飞行器的飞行过程，飞 行航迹，有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。 中文名：无人机地面站 外文名： UAV ground station 目录 概述 地面站的配置和功能概述 ?地面站的典型配置 ?地面站的典型功能 关键技术及典型解决方案 ?友好的人机界面 ?操作员的培训 ?一站多机的控制 ?开放性、互用性与公共性 ?地面站对总线的需求 ?可靠的数据链 无人机地面站发展的趋势 概述 近20 年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全 自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展相匹配的地面 控制站 （GCS:Ground Control Station)将具有包括任务规划、数字地图、卫星数据链、图像处理 能力在内的，集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大：不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群。地面站系统具有开 放性和兼容性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的 功能模块实现功能扩展，相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括：飞行器的飞行过程、飞行航迹、有效载荷的任务功能、通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素 的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，及时有效地传输数据、接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。

无人机地面站发展综述

无人机地面站发展综述 [摘要]主要介绍了无人机地面站的发展，包括无人机地面站典型的配置、功能及其关键技术。并展望了未来无人机地面站发展趋势。 1、概述 20年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展相匹配的地面控制站(GCS: Ground Contrul Station) 将具有包括任务规划，数字地图，卫星数据链，图像处理能力在内的集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大:不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群:地面站系统具有开放性和兼容性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的功能模块实现功能扩展;相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括:飞行器的飞行过程，飞行航迹，有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，及时有效地传输数据，接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。 2典型地面站的配置和功能概述 2.1地面站的典型配置 目前，一个典型的地面站由一个或多个操作控制分站组成，主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。其相互间的关系如图1所示。

(1)系统控制站。在线监视系统的具体参数，包括飞行期间飞行器的健康状况、显示飞行数据和告警信息。 (2)飞行器操作控制站。它提供良好的人机界面来控制无人机飞行，其组成包括命令控制台、飞行参数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷视频显示。 (3)任务载荷控制站。用于控制无人机所携带的传感器，它由一个或几个视频监视仪和视频记录仪组成。 (4)数据分发系统。用于分析和解释从无人机获得的图像。 (5)数据链路地面终端。包括发送上行链路信号的天线和发射机，捕获下行链路信号的天线和接收机。 数据链应用于不同的UAV系统，实现以下主要功能: —用于给飞行器发送命令和有效载荷; —接收来自飞行器的状态信息及有效载荷数据。 (6)中央处理单元:包括一台或多台计算机，主要功能如下: —获得并处理从UAV来的实时数据: —显示处理; —确认任务规划并上传给UAV; 一一电子地图处理; —数据分发: —飞行前分析; —系统诊断。 2.2地面站的典型功能 GCS也称为“任务规划与控制站”。任务规划主要是指在飞行过程中无人机的飞行航迹受到任务规划的影响;控制是指在飞行过程中对整个无人机系统的各个系统进行控制，按照操作者的要求执行相应的动作。地面站系统应具有以下几个典型的功能: (1)飞行器的姿态控制。在各机载传感器获得相应的飞行器飞行状态信息后，通过数据链路将这些数据以预定义的格式传输到地面站。在地面站由GCS计算机处理这些信息，根据控制律解算出控制要求，形成控制指令和控制参数，再通过数据链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞控计算机，通过后者实现对飞行器的操控。 (2)有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。有效载荷是无人机任务的执行单元。地面控制站根据任务要求实现对有效载荷的控制，并通过对有效载荷状态的显示来实现对任务执行情况的监管。 (3)任务规划、飞行器位置监控、及航线的地图显示。任务规划主要包括处理战术信息、研究任务区域地图、标定飞行路线及向操作员提供规划数据等。飞行器位置监控及航线的地图显示部分主要便于操作人员实时地监控飞行器和航迹的状态。 (4)导航和目标定位。无人机在执行任务过程中通过无线数据链路与地面控制站之间保持着联系。在遇到特殊情况时，需要地面控制站对其实现导航控制，使飞机按照安全的路线飞行。随着空间技术的发展，传统的惯性导航结合先进的GPS导航技术成为了无人机系统导航的主流导航技术。目标定位是指飞行器发送给地面的方位角，高度及距离数据需要附加时间标注，以便这些量可与正确的飞行器瞬时位置数据相结合来实现目标位置的最精确计算。为了精确确定目标的位置，必须通过导航技术掌握飞行器的

无人机飞行控制方法概述

2017-10-08 GaryLiu 于四川绵阳 无人机的飞行控制是无人机研究领域主要问题之一。在飞行过程中会受到各种干扰，如传感器的噪音与漂移、强风与乱气流、载重量变化及倾角过大引起的模型变动等等。这些都会严重影响飞行器的飞行品质，因此无人机的控制技术便显得尤为重要。传统的控制方法主要集中于姿态和高度的控制，除此之外还有一些用来控制速度、位置、航向、3D轨迹跟踪控制。多旋翼无人机的控制方法可以总结为以下三个主要的方面。 1.线性飞行控制方法 常规的飞行器控制方法以及早期的对飞行器控制的尝试都是建立在线性飞行控制理论上的，这其中就有诸如PID、H∞、LQR以及增益调度法。 1)PID PID控制属于传统控制方法，是目前最成功、用的最广泛的控制方法之一。其控制方法简单，无需前期建模工作，参数物理意义明确，适用于飞行精度要求不高的控制。 2)H∞ H∞属于鲁棒控制的方法。经典的控制理论并不要求被控对象的精确数学模型来解决多输入多输出非线性系统问题。现代控制理论可以定量地解决多输入多输出非线性系统问题，但完全依赖于描述被控对象的动态特性的数学模型。鲁棒控制可以很好解决因干扰等因素引起的建模误差问题，但它的计算量非常大，依赖于高性能的处理器，同时，由于是频域设计方法，调参也相对困难。 3)LQR LQR是被运用来控制无人机的比较成功的方法之一，其对象是能用状态空间表达式表示的线性系统，目标函数是状态变量或控制变量的二次函数的积分。而且Matlab软件的使用为LQR的控制方法提供了良好的仿真条件，更为工程实现提供了便利。 4)增益调度法 增益调度（Gain scheduling）即在系统运行时，调度变量的变化导致控制器的参数随着改变，根据调度变量使系统以不同的控制规律在不同的区域内运行，以解决系统非线性的问题。该算法由两大部分组成，第一部分主要完成事件驱动，实现参数调整。如果系统的运行情况改变，则可通过该部分来识别并切换模态；第二部分为误差驱动，其控制功能由选定的模态来实现。该控制方法在旋翼无人机的垂直起降、定点悬停及路径跟踪等控制上有着优异的性能。 2.基于学习的飞行控制方法 基于学习的飞行控制方法的特点就是无需了解飞行器的动力学模型，只要一些飞行试验和飞行数据。其中研究最热门的有模糊控制方法、基于人体学习的方法以及神经网络法。 1)模糊控制方法（Fuzzy logic） 模糊控制是解决模型不确定性的方法之一，在模型未知的情况下来实现对无人机的控制。 2)基于人体学习的方法（Human-based learning） 美国MIT的科研人员为了寻找能更好地控制小型无人飞行器的控制方法，从参加军事演习进行特技飞行的飞机中采集数据，分析飞行员对不同情况下飞机的操作，从而更好地理解无人机的输入序列和反馈机制。这种方法已经被运用到小型无人机的自主飞行中。 3)神经网络法（Neural networks）

基于OpenCV的视觉定位四旋翼无人机

第35卷 第4期 福 建 电 脑 Vol. 35 No.4 2019年4月 Journal of Fujian Computer Apr. 2019 ——————————————— 本文得到浙江省大学生科技创新活动计划项目(No.0618026)资助。刘新泽，男，1998年生，主要研究领域为电子信息方向。E-mail: 1145655900@https://www.sodocs.net/doc/f014775194.html, 。 刘靖宇，男，1993年生，主要研究领域为电子信息方向。 E-mail: 346875661@https://www.sodocs.net/doc/f014775194.html, 。 钮杨洁，女，1998年生，主要研究领域为电气工程及其自动化。 E-mail: 1403390414@https://www.sodocs.net/doc/f014775194.html, 。杜智文，男，1995年生，主要研究领域为计算机方向。E-mail: 1009963012@https://www.sodocs.net/doc/f014775194.html, 。丁建鑫，男，1996年生，主要研究领域为电子信息方向。 E-mail: 1194173858@https://www.sodocs.net/doc/f014775194.html, 。 基于OpenCV 的视觉定位四旋翼无人机 刘新泽 刘靖宇 杜智文 钮杨洁 丁建鑫 (同济大学浙江学院电子与信息工程系 浙江 嘉兴 314051) 摘 要 本论文所制作的无人机由以下两个核心部分组成，其一是以TM4C123G 单片机为飞控的核心部分，其二是以安装有OpenCV 库的树莓派为视觉识别的核心部分。系统通过树莓派（图像处理器）检测周围环境，获得当前飞行器的位置以及偏离目标位置，将位置数据传回飞控芯片，再经过飞控的核心参数计算处理，矫正自身的姿态，或者偏移角度以达到指定目标位置。 关键词 单片机；树莓派；OpenCV ；视觉定位；设计制作 中图法分类号 TP302.1 DOI:10.16707/https://www.sodocs.net/doc/f014775194.html,ki.fjpc.2019.04.034 OpenCV-based Visual Positioning Four-Rotor UA V LIU Xinze, LIU Jinyu, DU Zhiwen, NIU Yangjie, DING Jiangxin (Department of Electronic and Information Engineering, Tongji Zhejiang College, Jiaxing, China, 314051) 1 引言 多旋翼无人机已经有一百多年的历史，四旋翼作为小型多旋翼无人机的一种，也已经存在超过二十五年。因其易用性、开放性和安全性，具有广泛的民用和军用价值。OpenCV 是一个基于BSD 许可（开源）发行的跨平台计算机视觉库，拥有超过400个免费的图像处理函数，涉及面广泛，而且其中的算法易理解且能达到很好的效果。从图像处理到模式识别、从静态图像到运动视频、从二维平面到相机的三维标定以及三维的重建都可以利用四旋翼无人机。 目前市面上大部分无人机均是通过接收GPS 信号进行定位，而这种定位方式虽有很多好处，但也存在着很大的弊端。如果在室内或者偏远地区等，GPS 信号弱甚至没有信号的时候，无人机就不能进行准确定位，容易失控，进而发生安全事故。本文所设计的基于OpenCV 的视觉定位四旋翼无人机在于若无人机能自主进行视觉定位，则可有效避免此情况的发生。 2 系统方案设计 该四旋翼的设计框架如图1所示，包括主控芯片TM4C123G 和树莓派（含OpenCV 数据库）、mpu6050 、超声波模块、摄像头。通过硬件设备之间的相互连接，将飞行姿态、高度、水平位置汇总至主控芯片实现矫正自身的姿态，或者偏移角度以达到指定目标位置。 图1 系统设计框架

基于双圆特征的无人机着陆位置姿态视觉测量方法

第26卷　第3期航　空　学　报 Vol 126No 13 　2005年 5月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA May 2005 收稿日期:2004205213;修订日期:2004209220 基金项目:国家杰出青年基金(50125518)资助项目 文章编号:100026893(2005)0320344205 基于双圆特征的无人机着陆位置姿态视觉测量方法 张广军,周富强 (北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京　100083) Position and Orientation Estimation Method for Landing of U nmanned Aerial V ehicle with Tw o Circle B ased Computer Vision ZHAN G Guang 2jun ,ZHOU Fu 2qiang (School of Instrument Science and Opto 2Electronics Engineering ,Beijing University of Aeronautics and Astronautics ,Beijing 100083,China ) 摘　要:提出了一种无人机自主着陆位置姿态的单目视觉测量方法,建立了机载摄像机的运动和投影模型。设计了新型双圆图案着陆平面靶标,采用双圆的8个公切点,产生21个具有透视投影不变性的特征点,并提出了在复杂背景中全自动双圆特征的图像提取新方法及标记特征点的方案,实验表明,768×576像素大小的图像,特征提取及标记耗时小于9ms 。仿真试验表明,摄像机距离靶标10m 左右,噪声偏差达到1.5像素时,单轴位置RMS 误差小于6cm ,单轴姿态RMS 误差小于0.7°,所提出的算法具有很强的抗噪声能力,能够满足无人机自主着陆位置姿态实时测量的要求。关键词:无人机;位置;姿态;特征点;透视投影中图分类号:TP391 文献标识码:A Abstract :A novel monocular vision method for landing of unmanned aerial vehicle (UAV )to estimate its state relative to a known two 2circle planar target is proposed.The motion and projection model of the camera on 2board of UAV is established.Twenty 2one control points with invariance of perspective projection are generated with eight common tangent points of two coplanar circles onto the designed target.The position and orienta 2tion of the camera can be computed with the world coordinates of twenty 2one control points and the corre 2sponding image coordinates.The feature extraction of two circles and control points labeling in a 768×576pix 2el size image with complex background may be completed within 9ms.Simulation test results show that the proposed vision 2based state estimations are accurate to within 6cm refered to each axis of translation and 0.7degrees refered to each axis of rotation when the distance between the camera and the landing pad is about 10m and the G aussian white noise level is 1.5pixels.The proposed technique is robust to noise and reliable ,and it can meet the demand of the real time measurements of the position and orientation for control of UAV.K ey w ords :unmanned aerial vehicle ;position ;orientation ;feature point ;perspective projection 无人机的进场着陆是无人机航行的最后阶 段,也是整个飞行过程中事关安全的关键阶段。导航控制信号的一部分主要来自于无人机相对于着陆目标的绝对位置和方向信息。因此,在着陆阶段精确地估计无人机的位置和姿态,对控制无人机的自主着陆起着重要作用。无人机的位置姿态估计主要由导航系统完成,现有的(导航方法有:全球定位系统(GPS )、惯性导航系统(INS )、光电导航系统、视觉导航系统以及各种方式的组合导航系统[1～4]。视觉导航是三维视觉技术的一个重要内容,以计算机视觉为理论基础的视觉导航系统,具有大视场、非接触、速度快、信息丰富以 及精度适中等优点,特别适合于估计无人机相对于着陆目标的位置姿态。基于视觉导航的无人机自主着陆流程如图1所示。着陆控制系统根据视觉导航系统获得的导引信息,控制无人机相对于着陆目标的相对运动。作为导航控制环路的控制信号获取传感装置,视觉导航系统能够单独估计无人机的运动状态,也可以作为其他导航系统的 图1　基于视觉的无人机自主着陆流程 Fig 11　UAV vision 2based landing flowchart

美军无人机地面控制系统最新发展

美军无人机地面控制系统最新发展 对于无人机系统来说，设计焦点大多都是集中在飞机本身，包括有效载荷。但根据数据统计表明，地面系统所需成本非常高，往往是单架无人机成本的 0.5 ～ 4 倍之间。这说明研制一个能够控制多种类型无人机的通用地面控制系统，不仅可以极大地降低无人机系统的开发、后勤支持和训练费用，也可以较大程度地改进无人机系统作战的灵活性，从而实现无人机系统之间的互操作性。 地面控制站一般由三部分组成，包括：操作员工作站，用于操作无人机发射、回收和控制软件；飞行用传感器载荷；视距和卫星数据链路无线电终端，用于传输飞行指挥命令和接收来自无人机的监视图像。美军的主要无人机系统，如美国空军的 " 捕食者 " 、 " 全球鹰 " 和美国陆军的 " 影子 200" 都是由不同的军种独立开发的，通用性和互操作性能很差，甚至没有。它们的地面控制站尤其如此。因此，空军的 " 捕食者 "/" 捕食者 B" 地面站是无法控制空军的 " 全球鹰" 或海军陆战队的 " 先锋 " 无人机，也无法接收他们的图像。但是，美国海军和陆军已经采取措施着力解决无人机间的互操作问题。而促进无人机互操作性发展的强大驱动因素就是与北约的标准化协议 STANAG4586 相兼容。 1 战术控制系统 战术控制系统（ TCS ），是美国海军的通用无人机地面控制站，由海军的无人空中系统项目办公室（ PMA-263 ）管理、雷声公司情报和信息系统部门从 2000 年开始进行开发的。其研制目标就是提供一个开放式体系结构软件，能够控制多种不同类型的海上 / 岸上计算机硬件，实现任务规划、指挥与控制以及情报数据接收和分发等功能。 TCS 在 2003 年之前是一个联合军种项目，后来由于陆军和空军抵制将 TCS 用于它们的无人机系统，国会将其削减为海军一家的研制项目。 目前， TCS 已经研制成功。 PMA-263 希望将其应用于海军未来所有的无人机系统，包括预计将于 2008 年在美海军的第一艘 " 濒海战斗舰 " 上使用的垂直起降无人机 --" 火力侦察兵 " 在内。 TCS 的运行依靠的是基于 Unix 的计算机。该计算机的操作系统是 Sun 微系统公司开发的 Solaris 8 网络操作系统，尽管雷声公司曾经也开发了一个应用于该计算机的基于 Linux 的操作系统。 TCS 软件的最新版本是于 2006 年 6 月份交付给 " 火力侦察兵 " 的制造商诺思罗普· 格鲁门公司的，软件中增加了一系列的新功能，包括可以容纳多种不同的 " 即插即用 " 传感器载荷、在指挥、控制和信息分发时执行 STANAG 4586 标准等。 为了与 STANAG4586 兼容，雷声公司开发了一个可以操作多种美军和 NATO 无人机的 TCS 核心系统。不同无人机制造商开发的与 STANAG 4586 协同的无人机专用模块，可以与该核心系统接口，提供 TCS 的所有控制能力，实现各无人机系统之间的互操作。（如果未来需要在不同的无人机系统之间完全实现互操作，则各数据链必须互相兼容） 海军的 " 宽域海上监视 " （ BAMS ）无人机计划于 2011 年进入制造，是TCS 的下一个潜在用户。目前，美国海军在演习中使用的是两架从美国空军采购的 " 全球鹰海上演示型 "(GHMD) 高空长航时无人机来帮助 BAMS 无人机开发操作概念和作战战术。由于美国国会削减了美国海军在 2004 年的预算中计划给 " 全球鹰 " 开发 TCS 能力的费用，这两架 GHMD 飞机使用的是美国空军现有的 " 全球鹰 " 地面站硬件和软件，而不是 TCS 。 PMA-263 的负责人，海军上校 Paul Morgan 称，洛克希德· 马丁公司和诺思罗普· 格鲁门公司正在开展 BAMS" 持久无人海上空中监视 " （ PUMAS ）能力研究，包括评估 TCS 对于 BAMS 在该能力方面的适应性。

无人机数据传输系统-手册

1.概论： 无人机，即无人驾驶的飞机。是指在飞机上没有驾驶员，只是由程序控制自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的飞机。它装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统可以实现远距离飞行并得以控制。无人机与有人驾驶的飞机相比而言，重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好，特别宜于执行危险性大的任务，因此被广泛应用。 二、无人机的特点及技术要求 无人机没有飞行员，其飞行任务的完成是由无人飞行器、地面控制站和发射器组成的无人机系统在地面指挥小组的控制一下实现的。据此，无人机具有以下特点: （1）结构简单。没有常规驾驶舱，无人机结构尺寸比有人驾驶飞机小得多。有一种无尾无人机在结构上比常规飞机缩小40%以上。重量减轻，体积变小，有利于提高飞行性能和降低研制难度。 （2）安全性强。无人机在操纵人员培训和执行任务时对人员具有高度的安全性，保护有生力量和稀缺的人力资源。可以用来执行危险性大的任务。 （3）性能提高。无人机在设计时不用考虑飞行员的因素。许多受到人生理和心理所限的技术都可在无人机上使用，从而突破了有人在机的危险，保证了飞行的安全性。 （4）一机多用，稍作改进后发展为轻型近距离对地攻击机。

（5）采用成熟的发动机和主要机载设备，以减少研制风险与经费投入，加快研制进度。联合研制以减小投资风险、解决经费不足有利于扩大出口及扬长技术与设备优势。 （6）研制综合训练系统。技术要求有: （1）信息技术包括信息的收集和融合，信息的评估和表达，防御性的信息战、自动目标确定和识别等； （2）设备组成包括低成本结构、小型化及模块化电子设备、低可见性天线、小型精确武器、可储存的高性能发动机及电动作动器等； （3）性能实现包括先进的低可见性和维护性技术、任务管理和规划、组合模拟和训练环境等。 三、无人机系统按照功能划分，主要包括四部分: （1）飞行器系统 包括空中和地面两大部分。空中部分包括：无人机、机载电子设备和辅助设备等，主要完成飞行任务。地面部分包括：飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统以及发射回收系统，主要完成对飞行器的遥控、遥测和导航任务，空中与地面系统通过数据链路建立起紧密联系。 （2）数据链系统 包括：遥控、遥测、跟踪测量设备、信息传输设备、数据中继设备等用以指挥操纵飞机飞行，并将飞机的状态参数及侦察信息数据传到控制站。 （3）任务设备系统 包括：为完成各种任务而需要在飞机上装载的任务设备。

无人机室内编队飞行计算机视觉定位

无人机室内编队飞行计算机视觉定位 方案设计

目录 1：项目需求 (3) 2：系统整体设计 (3) 3：标识设计 (6) 4：目标定位跟踪 (7) 5：研究基础和团队 (7)

1：项目需求 本项目是针对室内多机编队飞行而生。 飞行环境 1、飞行空间：长8米，宽4米，高2.8米 2、飞机尺寸：长10cm，宽10cm； 3、飞机数量：16架； 4、飞行高度1.5米 5、飞行间距40cm 视觉定位要求 1、平面定位精度5cm； 2、飞机头尾方位角1°； 3、输出速率大于30hz； 4、延迟小于100ms； 2：系统整体设计 室内导航与定位是无人机编队飞行的核心技术，一旦无人机像人一样室内活动自如，将开启一个比现有规模还大的室内市场，对于室外环境，全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)诸如美国的全球定位系统(Global Positioning System, GPS)、我国的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,

BDS)能够为用户提供较高精度的定位服务，基本满足了用户在室外场景中对基于位置服务的需求。然而，个人用户、服务机器人、扫地机器人等有大量的定位需求发生在室内场景。而室内场景受到建筑物的遮挡，GNSS信号快速衰减，甚至完全拒止，无法满足室内场景中导航定位的需要。因此，室内定位技术成为工业界与学术界研究的热点。在各行业应用需求的推动下，室内定位技术得到了快速的发展。目前，国内外研究已提出了射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)、蓝牙、WLAN(Wireless Local Area Networks)、超宽带(Ultra-Wideband, UWB)，光流技术和运动捕捉等室内定位技术及系统，其中部分定位技术已经商用。但是，由于室内场景的复杂性和多样性，不同的室内定位技术也具有不同的缺点和局限性，尚未形成与GPS类似的普适解决方案。 射频，WLAN和UWB技术由于射频的不确定性，适应于范围大，精度要求较低的场合，光流法定位精度高，适合于无人机在室内的空中精确悬浮和定位。运动捕捉技术是目前最成功的无人机室内编队飞行动态定位技术，代表有英国Oxford Metrics Limited公司，英国Oxford Metrics Limited公司是世界上一家非常著名的光学动作捕捉（Motion Capture）系统供应商，它的这项技术在70 年代服务于英国海军，从事遥感、测控技术设备的研究与生产。进入80年代他们将自己在军事领域里的高新技术，逐渐用于民用方面，在医疗、运动、工程、生物等诸多领域生产制造用于动作捕捉的Motion Capture系统。80年代末，OML又将动作捕捉系统技术应用

详细解析无人机飞控技术

详细解析无人机飞控技术 以前，搞无人机的十个人有八个是航空、气动、机械出身，更多考虑的是如何让飞机稳定飞起来、飞得更快、飞得更高。如今，随着芯片、人工智能、大数据技术的发展，无人机开始了智能化、终端化、集群化的趋势，大批自动化、机械电子、信息工程、微电子的专业人材投入到了无人机研发大潮中，几年的时间让无人机从远离人们视野的军事应用飞入了寻常百姓家、让门外汉可以短暂的学习也能稳定可靠的飞行娱乐。不可否认，飞控技术的发展是这十年无人机变化的最大推手。 飞控是什么？ 飞行控制系统（Flight control system）简称飞控，可以看作飞行器的大脑。多轴飞行器的飞行、悬停，姿态变化等等都是由多种传感器将飞行器本身的姿态数据传回飞控，再由飞控通过运算和判断下达指令，由执行机构完成动作和飞行姿态调整。 控可以理解成无人机的CPU系统，是无人机的核心部件，其功能主要是发送各种指令，并且处理各部件传回的数据。类似于人体的大脑，对身体各个部位发送指令，并且接收各部件传回的信息，运算后发出新的指令。例如，大脑指挥手去拿一杯水，手触碰到杯壁后，因为水太烫而缩回，并且将此信息传回给大脑，大脑会根据实际情况重新发送新的指令。无人机的飞行原理及控制方法（以四旋翼无人机为例） 四旋翼无人机一般是由检测模块，控制模块，执行模块以及供电模块组成。检测模块实现对当前姿态进行量测；执行模块则是对当前姿态进行解算，优化控制，并对执行模块产生相对应的控制量；供电模块对整个系统进行供电。 四旋翼无人机机身是由对称的十字形刚体结构构成，材料多采用质量轻、强度高的碳素纤维；在十字形结构的四个端点分别安装一个由两片桨叶组成的旋翼为飞行器提供飞行动力，每个旋翼均安装在一个电机转子上，通过控制电机的转动状态控制每个旋翼的转速，来提供不同的升力以实现各种姿态；每个电机均又与电机驱动部件、中央控制单元相连接，

八旋翼无人机系统

八旋翼无人机系统 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】

八旋翼无人机系统技术文件 一、产品名称：X-8八旋翼无人机系统 X-8是全新研制的八旋翼无人机系统，具有载重量大、续航时间长、体积小、重量轻、目标特性小，使用快捷、机动灵活、操作使用及维修简便等特点，自成体系独立执行电力巡检任务。 简介： X-8 八旋翼是专业无人机技术研发团队经过多年研究、测试，最新推出的一款全球同类产品载重量最大、可垂直起降、拥有多项专利的无人飞行系统。 1）X-8选用自主驾驶设备，大大提高飞控稳定性。 2）可携带多种任务载荷。 3）可用于执行资料收集、测量、检测、侦查等多种空中任务，在电力巡检领域能发挥其高效、隐蔽性强的特点，能对目标物进行远距离监视。 产品特点： （1）飞行器具有遥控、自主飞行能力，可以实时修改飞行航路和任务设置；（2）测控与信息传输设备具有遥控、实时信息传输的功能，具有多机、多站兼容工作及一定的抗截获、抗干扰能力； （3）侦察任务设备能昼夜实时获取目标图像信息，具有手动、自动控制工作模式，可迅速发现、捕获、识别、跟踪目标； （4）飞行控制与信息处理站具有对飞行器进行遥控飞行和对机载任务设备进行操控的功能，具有飞行参数/航迹显示、航路规划和实时修改飞行计划、重新设置任务样式的能力；具有通过视频实现第一视角控制飞行的能力；具有接收标准视频信号、实时处理/存储图像、数据叠加等能力，具有目标定位和引导打击的能力，且能与上级指挥机关、情报处理中心和指挥系统相通连； （5）地面保障设备具有简易检测、维修与训练的能力，具有快速更换易 损件、备用动力电池组和双模态充电的功能； （6）全系统外场展开迅速，具有车载大范围机动和携行能力。 机体结构技术参数：

无人机航拍视频中目标检测与跟踪方法的研究

一一一新一知一探一微 １６２一２一思维导图在物理教学中的设计与应用 思维导图的运用不能只是局限于使用电脑软件制作,应该由 教师根据自身设计的课件,根据学生的学习情况,有针对性的设计 思维导图.教师可以用短暂的时间来引入课堂新知识,学情与教 材内容是教师教学的主题,当教学的时候,重点与策略成为教学的 目标,通过其他资源的帮助来解释哲学问题,进一步整治知识,将 所有的知识归纳起来,促进教师教学能力的提高,令教师的综合知 识掌握的更多,当教师在授课的时候,可以使课堂变得更有趣,促 进学校清晰的掌握该课的知识. 生活和物理是不可分割的.随着时代的不断发展,物理学逐 渐渗透到人们生活的各个角落,为人们的生活带来便利.电的发 现和使用为夜晚带来了光明.摩擦的发现和使用导致汽车,自行 车和其他车辆的出现,并为人们的旅行带来便利.例如,如果教师 将教学融入学生的日常生活中,他们可以让学生感受到物理与生 活密切相关,从而调动学生的学习热情,使学生积极参与学习,加 深学生对知识的理解,以及提高学生运用所学知识的能力.在大 学物理教学中,教师应注意挖掘日常生活中的物理知识,并将其应 用于物理课堂.３一结语 将思维导图灵活的运用到物理教学中,可以令物理课程变得 更加有趣,促进教学的效果.在这个竞争激烈时代中,过去的传统 教学方式已经需要更新,要将思维导图在物理教学中发挥出来,可以促进学生思维扩展,可以促进学生广泛发展个人兴趣,增加了学生学习的宽度,了解更多的知识,懂得更多的道理.当然,教师更应该将思维导图这种好的学习方式教会学生,让学生在复习及以后的自学生涯中,懂得如何使用思维导图,将思维导图活学活用,将使用思维导图技能不断的提高.参考文献[１]一张苏雅拉吐．思维导图在大学物理教学中的应用[J ]．西部素质教育,２０１９,５(０３):１８０－１８１．[２]一何淯鹛,叶建柱．物理教学中思维导图研究热点的知识图谱[J ]．物理通报,２０１８(０６):１０７－１１１＋１１７．[３]一何永强．微课和思维导图在初中物理教学中的结合[J ]．西部素质教育,２０１８,４(２１):２４０．[４]一张兴明,杨英．思维导图在初中物理教学中的应用研究[J ]．课程教育研究,２０１８(４５):１８３．[５]一李选文．思维导图在物理教学中的有效应用研究[A ]．．十三五规划科研成果汇编(第四卷)[C ]．:十三五规划科研管理办公室,２０１８:６．[６]一姜红霞,马秋鹏．思维导图在初中物理教学中的应用实践探究[J ]．中国校外教育,２０１８(０７):１１９．[７]一陆昌勇．思维导图在中职物理教学中的应用探析[J ]．新课程研究(中旬刊),２０１８(０２):６３－６４． 无人机航拍视频中目标检测与跟踪方法的研究 岳一明一田金涛一王一敏一张一坤 (潍坊护理职业学院一山东一潍坊一２６２５００)?摘要?一随着信息技术和视频技术的不断发展, 无人机视频航拍在现实的视频拍摄中运用越来越普遍,航拍技术得到飞速发展,视频拍摄质量不断提高.能够支撑着航拍视频不断完善的核心技术就是无人机视频航拍目标检测和目标跟踪.本篇文章主要围绕着无人机视频航拍的目标检测与目标跟踪进行分析,并对其在整个过程中使用的方法进行分类,根据目标检测与跟踪的方法去创新和推动无人机航拍向前发展.?关键词?一无人机航拍;目标检测;目标跟踪;方法一一? 中图分类号?V ２７９＋．２一一一?文献标识码?B 一一一?文章编号?１００３－９６１９(２０１９)０６－０１６２－０２１一前言 无人机是指无人驾驶飞行飞机,是一种使用遥控来掌控,具有一定半自动或者全自动飞行能力的飞行器[１].现实生活中的无人机主要有固定机翼二双螺旋机翼等种类.在信息技术和传感技术 不够发达的条件下,固定翼和直接升空类型的无人机在航拍视频中占据主流的地位.随着相关技术得到突破和发展,在航拍视频中的无人机出现了多旋翼类型,其主要有操控简单二视频拍摄稳定二飞行灵活二体积小二方便携带等特点,在视频航拍过程中牢牢占据了主导地位.而目标检测与跟踪作为无人机航拍的关键技术,受到了社 会各界人士的关注.但是,由于受到各种各样因素的影响,其在拍摄领域还存在很大的缺陷,所以去了解和掌握相关技术就变的尤为重 要,通过创新技术可以推动无人机航拍不断向前发展.２一无人机航拍目标检测与跟踪方法分类 通过科学界人士在无人机相关领域的不断摸索,无人机航拍 目标检测与跟踪经过了长时间的发展之后,在目标检测与目标跟踪方面都积累一定的经验与方法. ２．１一无人机航拍目标检测方法一在无人机航拍时, 首先需要对目标进行准确的检测.因为目标检测是否准确将会影响航拍的准确性,进而导致后续目标处理是否符合标准.所以,目标检测技术是无人机航拍视频中第一个关键环节,对整个检测系统起到关键作用.现在,运动目标检测算法是业界比较常用也比较认同的方法,可用于目标检测的算法主要有以下几种:第一,帧间差分法,其主要根据两帧像素目标的移动来分辨灰度差,整个过程算法简单且容易实现.但是这种算法只适用于背景与单一的目标,同时无人机拍摄要在悬停状态下,所以运用范围有限.第二,背景差分法,其主要原理是提前设置背景,然后通过预设背景和检测目标做差来实现目标,这种方法可以较为完整的得到图像且实用性强.第三,光流法,这种方法的原理是将光流看作为像素的运动场,然后对目标跟踪并实现.第四,特征匹配法,先提取待检测目标特征,建立模板,然后对目标模板进行判断来实现对目标的检测.２．２一无人机航拍目标跟踪方法一目标跟踪技术是先确定视频中每一帧的位置与大小来实现无人机航拍目标跟踪,在现在目标跟踪中主要有以下几种跟踪方法:C a m S h i f t 算法:C a m S h i f t 算法是在M e a n S h i f t 算法的基础上进 行改进的,这种算法是外国科学团队提出的连续性自身适应调整漂移式算法[２].同时M e a n S h i f t 算法也是在密度估算基础上非参 数性匹配式算法.具体过程是先选取跟踪目标所在区域,然后以 算法颜色图作为模板,再对下一帧图像提取匹配,通过计算机相似度对比形成分布图,分布图中的极点值就是目标位置.由于这种算法 快速更新能力不强,算法固定,导致目标跟踪会出现不准确性和目标丢失等情况.所以C a m S h i f t 算法在这方面是一个很好的补充. 卡尔曼滤波算法:原理是一种小方差最佳线性逐渐递推方法.在当前目标信息为前提条件下进行目标预测,最后实现对目标的跟踪.其核心的算法是状态方程与预测方程相互补充来实现,各 自发挥自身算法特点对目标进行完整跟踪.粒子滤波算法:其实质是在带有权直的粒子表面来表示后验算概率,带权直的粒子跟随着目标变化而变化,然后通过目标模板 来实现匹配和更新,这个过程就是粒子的后验概率.粒子滤波主要分为四个部分,即采样二重采样二状态转移二系统观测[ ３].每个部分都是一个独立个体,同时又是一个统一的有机体.在这四个部分都正常情况下才能实现粒子滤波算法. 特征匹配算法:原理是采用目标局部的特征信息来跟踪目标,去实现与目标匹配,其核心就是通过特征匹配来实现目标跟踪形成算法.特征匹配算法大致可以分为四部分,分别为特征检测二描述二筛选二匹配. ２一无人机航拍目标加测与跟踪发展趋势 通过前人的摸索与技术积累,无人机航拍领域得到了飞速的发展,不管是硬件设备还是拍摄水平都有很大提升.随着相关技

多旋翼无人机飞行控制系统设计研究

www?ele169?com | 27实验研究 0 引言 多旋翼无人机是集合多项现代高新科技的成果，无人机 行业的蓬勃发展是中国崛起、中国航空产业崛起的重要体现，多旋翼无人机具有系统安全性好、可靠性高、负载能力强等特点，具有非常广阔的应用前景。多旋翼无人机的作业方式相比于传统的人工作业方式，大大提高了作业效率、降低作业成本与风险。在无线通信技术与图像处理技术快速发 展的背景下，多旋翼无人机逐渐向智能化的方向发展，另外， 独特的机械结构使多旋翼无人机更加灵活。随着无人机在人们生活中的进一步普及，无人机故障的影响也会越来越大，在大多数故障中，主要是控制器故障后果最为严重，所以飞行控制器的结构健康管理始终受到人们高度重视。1 多旋翼无人机任务需求分析 多旋翼无人机飞行控制系统主要服务于公安消防、公共 安全、勘察搜救等领域，对无人机的飞行安全、可靠性等要求较高，针对多旋翼无人机所应用的特殊场合，其飞行控制 系统需要具备以下性能指标：首先要具备机载飞控系统与地面站两部分，由机载飞控 系统来进行控制律的运算，通过电机控制指令对地面站发送的信息进行接收。地面站会显示无人机当前的飞行状态以及 主控件的基本性能。其次要具有良好的传感器以及多种飞行模式，传感器主要对无人机飞行姿态、高度、位置等信息进行采集，通过机载计算机对相应数据进行处理，多旋翼无人机存在多种飞行模式，需要根据实际情况选择最佳飞行模 式。最后，多旋翼无人机飞行控制系统要具有多种读取遥控 信号的方式，实现多种多旋翼无人机的飞行控制。还要具有在线调整及保存相关的控制参数功能、在异常情况下应急处理功能等。根据多旋翼无人机飞控系统的要求指标，提出了飞控系统具体的设计要求： ■1.1 飞行控制处理器 飞行控制处理器需要对传感数据进行收集并处理，对控 制律进行运算，保持与地面站之间通信畅通。飞行控制处理器只有缩短调节电机转速的指令周期，才能更好的发挥控制性能。由于飞行控制处理器面临的任务众多，所以要求飞控处理器处理速度快、计算能力强。飞控处理器必须快速对传感器数据进行读取，第一时间与无线通信设备进行连接，实现与地面站之间的通信，另外飞控处理器必须具备存储空间大、低功耗、体积小等特点。 ■1.2 传感器传感器需要选择精度较高的传感器以及通信距离较远的无线通信设备，满足飞控系统的性能指标，确保传感器使用简单、通信接口通用。 ■1.3 软件开发多旋翼无人机的飞控软件系统要有很强的可靠性与稳定性，具备通信链路异常状况下的紧急处理，具备相应的备份程序，避免无人机在飞行过程中发生故障，另外地面站要具备故障报警功能。飞行控制系统的采样频率不易过小以免出现控制输出调节量滞后造成严重后果。2 多旋翼无人机飞行控制系统总体架构设计多旋翼无人机飞行控制系统总体架构由机载部分与地面站部分组成，机载部分主要由飞控处理模块、传感器模块、电源模块、执行机构构成。地面部分与机载部分之间的信息交互 主要通过无线通信模块来完成。飞控系统总体架构如图1所示。图1 飞控系统总体架构 ■2.1 飞控系统硬件平台设计当前的飞行控制系统控制芯片多采用ARM、DSP 等高 速处理器，单处理器的使用会抑制控制系统的进一步拓展，多旋翼无人机飞行控制系统设计研究张建学 （中国民航飞行学院计算机学院，四川广汉，618307）摘要：多旋翼无人机具有优良的操作性能、维护简单、成本较低等特点，已经成为微小型无人机的主流，获得了广大的消费群体。飞控系统作为无人机的核心技术，始终是无人机学术与工程领域研究的热点。本文以多旋翼无人机为研究对象，根据多旋翼无人机的结构特点，对飞行控制系统进行设计与研究，从硬件原理与软件原理对多旋翼无人机飞行控制系统的构建过程进行详细介绍。关键词：多旋翼；无人机；飞控系统

无人机地面站

概述 近20年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展相匹配的地面控制站（GCS:Ground Control Station)将具有包括任务规划、数字地图、卫星数据链、图像处理能力在内的，集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大：不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群。地面站系统具有开放性和兼容性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的功能模块实现功能扩展，相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括：飞行器的飞行过程、飞行航迹、有效载荷的任务功能、通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，及时有效地传输数据、接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。 地面站的配置和功能概述 地面站的典型配置 目前，一个典型的地面站由一个或多个操作控制分站组成，主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。 (1)系统控制站。在线监视系统的具体参数，包括飞行期间飞行器的健康状况、显示飞行数据和告警信息。 (2)飞行器操作控制站。它提供良好的人机界面来控制无人机飞行，其组成包括命令控制台、飞行参数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷视频显示。 (3)任务载荷控制站。用于控制无人机所携带的传感器，它由一个或几个视频监视仪和视频记录仪组成。 (4)数据分发系统。用于分析和解释从无人机获得的图像。 (5)数据链路地面终端。包括发送上行链路信号的天线和发射机，捕获下行链路信号的天线和接收机。 数据链应用于不同的UAV系统，实现以下主要功能：用于给飞行器发送命令和有效载荷；接收来自飞行器的状态信息及有效载荷数据。 (6)中央处理单元。包括一台或多台计算机，主要功能：获得并处理从UAV来的实时数据；显示处理；确认任务规划并上传给UAV；电子地图处理；数据分发；飞行前分析；系统诊断。 地面站的典型功能 GCS也称为“任务规划与控制站”。任务规划主要是指在飞行过程中无人机的飞行航迹受到任务规划的影响；控制是指在飞行过程中对整个无人机系统的各个系统进行控制，按照操作者的要求执行相应的动作。地面站系统应具有以下几个典型的功能： (1)飞行器的姿态控制。在各机载传感器获得相应的飞行器飞行状态信息后，通过数据链路将这些数据以预定义的格式传输到地面站。在地面站由GCS计算机处理这些信息，根据控制律解算出控制要求，形成控制指令和控制参数，再通过数据链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞控计算机，通过后者实现对飞行器的操控。 (2)有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。有效载荷是无人机任务的执行单元。地面