基于小型四軸飛行器OS-JVM的室內(nèi)避障-導航研究與實現(xiàn).pdf

1、小型飛行器以其性能可靠，能夠完成偵查、營救、視頻監(jiān)控、農(nóng)業(yè)病蟲害防治、地質(zhì)勘探等復(fù)雜任務(wù)的優(yōu)點在廣闊的領(lǐng)域得到應(yīng)用。其中最為常用的小型四軸飛行器特點明顯，其機動靈活，具有造價低、體積小、使用方便等特點可以用來執(zhí)行比較危險的任務(wù)。小型四軸飛行器在室內(nèi)環(huán)境中的應(yīng)用研究已被廣泛關(guān)注，其主要集中在避障、導航等方面。
　　其他科研機構(gòu)更多的對四軸飛行器增加雙目攝像頭，激光測距儀，超頻帶，GPS等傳感器進行四軸飛行器的導航、避障。本文的主要創(chuàng)

2、新之處在于所研究的導航、避障，均挑戰(zhàn)性的基于所開發(fā)的高性能OS/JVM軟件平臺的單目攝像頭四軸飛行器之上。
　　首先，為了使小型四軸飛行器具有最佳的實時圖像處理能力及高穩(wěn)定性，本文創(chuàng)新性的為其軟件平臺設(shè)計并實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)和JAVA虛擬機，二者聯(lián)合優(yōu)化形成高性能OS/JVM軟件平臺，旨在提高小型四軸飛行器的高性能實時處理能力;本文首先為小型四軸飛行器核心處理器設(shè)計了一款輕型嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核iDCXⅡ，從實時處理性能、網(wǎng)絡(luò)性

3、能方面對其進行了效果測試，并對其任務(wù)調(diào)度算法進行了改進，旨在減少任務(wù)的搶占開銷，使其具有高實時、低延遲的特性。
　　其次，并在小型四軸飛行器所運行的實時系統(tǒng)內(nèi)核iDCXⅡ之上實現(xiàn)了精簡版的JAVA虛擬機FijiVM，并重點設(shè)計了實時JAVA應(yīng)用的任務(wù)執(zhí)行機制與相應(yīng)的類構(gòu)造。后面的導航避障實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核及實現(xiàn)的JAVA虛擬機聯(lián)合優(yōu)化而形成的高性能OS/JVM軟件平臺可很好的服務(wù)于實時JAVA圖像處理程序，后

4、續(xù)的算法實時性驗證了其滿足小型四軸飛行器攝像頭所采集圖像幀的實時處理需求。
　　再次，本文實現(xiàn)了小型四軸飛行器的室內(nèi)避障，利用光流原理，依次獲得物體實際光流與由于小型四軸飛行器運動所產(chǎn)生的平移光流，提出了融合光流算法，以便識別出移動障礙物。實際的飛行結(jié)果顯示，基于融合光流算法，小型四軸飛行器有效的實現(xiàn)了室內(nèi)避障。隨后，對所提出的融合光流算法的實時性與準確性進行了測試與對比分析。
　　然后，本文實現(xiàn)了基于消失點算法的小型四軸飛

5、行器室內(nèi)自主導航，經(jīng)過圖像預(yù)處理、Canny邊緣檢測、隨機Hough變換等，計算出采集圖像幀內(nèi)的所有信息直線的交點，并設(shè)計了基于聚類原理的消失點快速估計算法VPEE。本文對VPEE算法的實時性進行了測試，實驗結(jié)果表明VPEE算法具有很好的實時性，可有效的應(yīng)用于小型四軸飛行器的室內(nèi)自主導航。
　　最后，本文創(chuàng)新性的將圖像熵技術(shù)應(yīng)用于小型四軸飛行器的室內(nèi)走廊避障，結(jié)合光流均衡算法，實現(xiàn)了靜態(tài)障礙、墻壁等低紋理障礙的有效避障，并采用多變

6、量RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法，應(yīng)用于飛行器穩(wěn)態(tài)控制中。并對多變量RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法控制下，小型四軸飛行器的俯仰角、偏航角、滾動角、水平垂直偏差等變量進行了試驗測試與結(jié)果對比分析，實驗結(jié)果表明，多變量RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法可以很好的應(yīng)用于小型四軸飛行器的室內(nèi)飛行控制。
　　本文為小型四軸飛行器平臺AVR嵌入式處理器單元設(shè)計了一款輕型嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，以及JAVA虛擬機，聯(lián)合優(yōu)化確保實時JAVA應(yīng)用程序在小型四軸飛