基于四旋翼飛行器的目標(biāo)搜索研究.pdf

1、近年來，隨著四旋翼無人機(jī)的載重能力、續(xù)航能力、安全性和靈活性的大幅提高，利用四旋翼搭載攝像頭進(jìn)行目標(biāo)搜索或跟蹤成為新的研究熱點(diǎn)。目前已有研究能夠?qū)崿F(xiàn)對單個目標(biāo)的識別或跟蹤，然而在某些應(yīng)用場合，例如足球、賽車、自行車等室外體育賽事直播中，往往無法也無需對每個目標(biāo)配置單獨(dú)的跟蹤設(shè)備，此時就需要四旋翼同時跟蹤多個運(yùn)動目標(biāo)。同時，實(shí)際應(yīng)用中各個目標(biāo)的重要性是不同的，例如在體育賽事中執(zhí)行跟蹤任務(wù)的四旋翼應(yīng)該適當(dāng)向明星運(yùn)動員靠攏，這就要求對四旋翼的

2、跟蹤路徑進(jìn)行優(yōu)化。為實(shí)現(xiàn)以上功能，本文提出了一種基于k-means聚類算法和加權(quán)多目標(biāo)重心跟蹤的新型算法，能夠控制四旋翼識別多個目標(biāo)，并根據(jù)目標(biāo)的特征信息對不同目標(biāo)賦予不同權(quán)值，然后根據(jù)各個目標(biāo)的位置和權(quán)值獲得跟蹤路徑，并控制四旋翼沿此路徑進(jìn)行多目標(biāo)跟蹤。
　　然而在一些情況下，比如空間探測，惡劣環(huán)境搜救等諸多應(yīng)用場景，由于單架四旋翼自身功能的限制難以滿足復(fù)雜任務(wù)應(yīng)用需求，通常要采用多架四旋翼協(xié)作完成任務(wù)，多架四旋翼協(xié)同控制也已成

3、為無人機(jī)研究的一個非常重要的研究方向。因此在本文采用Odroid/Intel NUC機(jī)載電腦和DJI M100飛控搭建了多四旋翼協(xié)作的實(shí)驗(yàn)平臺，組建了多機(jī)通信的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，使得多四旋翼之間能夠通過數(shù)據(jù)通信感知相鄰四旋翼的信息，實(shí)現(xiàn)了基于ROS的分層的軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，完成了多飛行器的分布式三角編隊(duì)算法。
　　最后提出了兩種多機(jī)協(xié)同目標(biāo)搜索算法，一種是基于縮放型三角編隊(duì)的多機(jī)目標(biāo)搜索，另一種是基于信息融合的分區(qū)域協(xié)同搜索。前者

4、是一種基于遍歷思想的固定路徑搜索算法，后者是一種基于動態(tài)路徑優(yōu)化的搜索算法。本文給出了詳細(xì)的理論闡述和仿真結(jié)果。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)和貢獻(xiàn)在于以下四點(diǎn):第一，提出了一種基于k-means聚類算法和加權(quán)多目標(biāo)重心跟蹤的新型算法，該算法利用搭載的單架四旋翼平臺實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的搜索和動態(tài)跟蹤;第二，搭建了基于socket通信的多機(jī)編隊(duì)硬件平臺，并完成了基于ROS的高可移植性的跨平臺軟件系統(tǒng);第三，提出了一種基于縮放型三角編隊(duì)的多機(jī)聯(lián)合的目標(biāo)搜