南京航空航天大学学报

作者：席鹏航，李京阳，印明威，杨洪伟，宝音贺西

单位：天津工业大学机械工程学院，天津 300387；,天津工业大学机械工程学院，天津 300387;中北大学航空宇航学院，太原 030051；,北京清航紫荆装备科技有限公司，北京 102101；,南京航空航天大学航天学院，南京 211106；,清华大学航空航天学院，北京 100084;内蒙古工业大学航空学院，呼和浩特 010051；

关键词：交叉双旋翼无人直升机;视觉跟踪;特征匹配;位置控制;姿态控制

基金：国家自然科学基金（11602123）；内蒙古自治区杰出青年培育基金（2019JQ002）。

为了使交叉双旋翼无人直升机在全球定位系统（Global positioning system， GPS）信号不稳定的情况下实现对目标的视觉跟踪，设计了一种交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统。首先，设计了一种视觉模块，对跟踪目标进行图像处理，利用基于方向性快速的特征点检测和旋转BRIEF（Oriented FAST and rotated BRIEF， ORB）描述子特征匹配和矩形检测，获取跟踪目标的中心点像素坐标，通过相机模型和旋转矩阵解算出跟踪目标的中心点实际位置。然后，设计了一种跟踪控制模块，采用串级比例积分微分（Proportional-integral-derivative，PID）加前馈的控制结构，为了限制极限位置和最大加速度，位置控制中采用平方根控制器，姿态控制中设计了一种交叉双旋翼姿态控制机构。之后，通过飞控地面站搭建仿真环境，对添加视觉模块的飞行控制系统进行仿真验证，结果表明，无人直升机可以很好地跟踪到视觉模块输出的期望位置。最后，进行实验验证，在设定最大飞行速度为1 m/s的条件下，姿态角最大为8°左右，位置与期望位置之间的误差最大为0.08 m，可以实现交叉双旋翼无人直升机对目标的视觉跟踪。

来源：2023年第6期

《南京航空航天大学学报》期刊编辑部

查看南京航空航天大学学报杂志2023年第6期