南京航空航天大学学报

作者：向玉龙，李嘉诚，陈芊，盛汉霖

单位：南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016；,南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016；,南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016；,南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016；

关键词：多旋翼无人机;视觉定位;状态误差卡尔曼滤波器融合;空中对接;线性二次型控制器

多旋翼无人机空中对接技术可以解决多旋翼无人机续航能力有限、载荷小等问题，对提高多旋翼无人机的续航能力和任务效率有重要意义。但是当前多旋翼无人机空中对接方案成本高昂且对接精度差，易受环境限制。本文提出了一种基于单目视觉与惯性测量单元（Inertial measuring unit， IMU）融合定位并结合最优轨迹控制的空中对接方案，在保证对接精度的同时大幅降低成本。首先相机通过AprilTag对目标进行识别定位，再通过非线性优化对重投影误差进行最小化优化，并借助状态误差卡尔曼滤波器（Error state Kalman filter， ESKF）更准确地消除IMU的零偏，提高融合定位的精度；然后根据线性二次型控制器（Linear quadratic regulator， LQR）设计了最优对接控制器，并结合无人机的动力学模型，直接输出多旋翼无人机的姿态控制量，实现更加安全的空中对接；最后在四旋翼无人机平台上进行实验验证，顺利完成了空中对接任务，证明了该方法的可行性。

来源：2024年第6期

《南京航空航天大学学报》期刊编辑部

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