基于视觉图像的四旋翼无人机飞行控制研究

索文凯，胡文刚，班利明，林源和，钱 乐

（1.陆军工程大学石家庄校区 电子与光电工程系，石家庄050003；2.中国人民解放军32272部队，兰州730000；3.中国人民解放军西部战区陆军保障部，兰州730000）

引 言

近年来，在应用市场多元激励的作用下，无人机（unmarned aerial vehide，UAV）的研发经历了前所未有的变革。伴随着各种单一功能和多用途军用无人机实践应用的日益成熟化和产品化，无人机在民事领域的应用前景也越来越广阔。与此同时，用无人机执行任务与反无人机介入的斗争也愈演愈烈。在应用市场、任务背景和应对多重挑战等因素的作用下，无人机的独立性、自主性、实时性要求越来越高。因此，如何快速准确地获取无人机和目标的飞姿信息，并将之高效精准地转化为无人机的飞控参量成为无人机迈向智能化的关键环节［1］。

在无人机领域的研究中，基于视觉图像的位姿信息解算与参量转换研究正逐渐成为无人机自主化研究的热点，其核心是从连续的2维视觉图像及高度信息中获取无人机六自由度信息，利用牛顿力学和动量力矩等定理完成运动方程的构建和位姿信息的转换。参考文献［2］中通过对比无人机输入航迹与自身航迹的偏差，计算方向向量与加速度向量，利用比例-积分-微分（proportion-integration-differentiation，PID）控制算法完成无人机航迹和姿态进行控制。参考文献［3］中提出了一种结合学习特征的图像视觉伺服方法，利用统一投影模型，分析了虚拟单位球体投影的解耦视觉伺服方法，研究了结合非线性模型预测控制的球体投影约束视觉伺服控制方法，并设计出结合离散化参考轨迹的无标定视觉预测控制算法。……