基于多傳感器信息融合與外形識別的四旋翼飛行器避障算法研究.pdf

1、隨著四旋翼飛行器在地質勘探、農業(yè)生產、物流運輸、搶險搜救等應用領域的不斷深入，人們對四旋翼飛行器的要求不斷提高，達到自主控制飛行是其發(fā)展的必然趨勢，而四旋翼飛行器的自主避障則是實現(xiàn)其完全自主飛行的基礎。此外，四旋翼飛行器應用的普及化也帶來了許多安全問題，各種撞機、墜機事故時有發(fā)生，其對人身財產安全帶來了極大的威脅。因此展開對四旋翼飛行器航行中及時有效地避開障礙物以保護人身、機身和建筑物的研究具有重要意義。
　　針對四旋翼飛行器的避

2、障問題，文章研究了基于多傳感器信息融合與外形識別的避障算法。全文的主要內容包括：
　?。?）搭建了以STM32F407為主控芯片、MPU6050為慣性導航單元、GPS為定位導航系統(tǒng)的四旋翼飛行器硬件平臺；采用Kalman濾波器對激光傳感器和超聲波傳感器的測距信息進行融合，并用遺忘因子 b對原算法予以優(yōu)化，然后用 MATLAB中的Simulink模塊仿真得到最佳遺忘因子b值，完成了Sage_Husa自適應Kalman濾波器的設計；最

3、后對三種材質的障礙物進行了距離信息融合的實驗。
　?。?）開展了關于障礙物外形識別的研究。介紹了基于超聲波傳感器三點直線排布識別障礙物外形的方法，根據其不足和局限之處，研究了一種新的測量方法——超聲波傳感器三點120°鈍角等腰排布測量法。針對五種基本障礙物外形，用幾何法推導了其測量公式，闡述了外形識別的原理，為系統(tǒng)的避障算法做好理論鋪墊。
　?。?）基于障礙物距離信息和外形信息，制定了四旋翼飛行器的避障算法：首先，根據距離的

4、融合信息判斷四旋翼飛行器的安全狀態(tài)，以確定自動避障系統(tǒng)的開啟與否；其次，自動識別障礙物的外形，根據不同外形制定不同的避障措施；然后，利用PID算法實現(xiàn)四旋翼飛行器的避障動作；最后，進行了障礙物外形識別與避障的實驗。
　　多傳感器信息融合的實驗表明：使用單一傳感器測距容易出現(xiàn)采集值不穩(wěn)定和不精確的問題，而利用Kalman濾波器進行信息融合可以輸出穩(wěn)定的障礙物距離信息，并降低測量誤差；而Sage_Husa自適應Kalman濾波器的融合