地面目标低空跟踪伺服云台控制系统研究（可复制论文）.pdf

上海大学
硕士学位论文
地面目标低空跟踪伺服云台控制系统研究
姓名:傅湘国
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:龚振邦
20061201
摘要关键词:地面目标跟踪云台复合控制信号处理控制仿真近年来,无人飞行器作为一个优良的任务执行平台,在现代军事和民用方面得到了越来越广泛的应用,以其为平台的地面日标低空跟踪系统应运而生,引起了世界各国学者的关注和研究。其目的是捕获地面移动目标,并自动跟踪目标使其在可监控范围内,可广泛应用于交通监管、车辆追踪、人员监控等场合。本文以超小型无人旋翼机作为低空飞行平台,用两自由度云台作为摄像头视轴控制装置,使摄像头视轴跟踪目标视线,以保证摄像头能获得被监控区域或跟踪目标的稳定图像。这实际上是一个复杂的视觉反馈的伺服系统,它涉及跟踪目标、无人旋翼机、云台三者的运动,而且应用环境恶劣,干扰大,对跟踪控制方法和系统的软硬件的设计都有很大的挑战。为实现跟踪伺服系统对地面移动目标的快速稳定跟踪,本文就其控制问题进行了一系列的探讨与研究。首先,分析了系统涉及的坐标系和坐标系间的转换方法,推导出了跟踪误差角和机体对云台方位和俯仰的附加角速度。然后,采用复合控制和共轴控制策略,用机体扰动前馈的方法稳定摄像头;设计了跟踪控制的位置校正,对视觉跟踪检测器采取了补偿措施,实现了其数字控制;用合成的目标位置进行猵—瞬ㄔげ猓锏搅斯仓峥刂坪湍勘晁俣惹袄】刂频哪康摹S布方面,针对机载应用的特点,描述了地面目标低空跟踪系统的硬件框架,选择了合适的外围设备、元器件和传感器,设计了跟踪控制电路,制作了控制电路板。软件方面,针对系统要求,探讨了控制软件设计的基本思想,对软件各部分进行了设计,阐述了传感器信号的检测与处理方法,编写了相应的程序代码。最后,采用动态误差系数法评价分析了控制系统的跟踪精度,提出以等效正弦目标作为输入、利用/迸行仿真实验,演示了复合控制和共轴控制策略的跟踪效果,然后阐述了实际的跟踪实验方案,仿真和实际飞行实验结果表明系统具有令人满意的跟踪性能。上海大学硕士学位论文
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签名:垡担馊掌冢禾钩日期:童笙兰型、原创性声明本论文使用授权说明本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑
第一章绪论系统简介课题研究的意义地面目标低空跟踪系统以超小型无人旋翼机为平台,目的是捕获地面移动目标绯盗荆说,并自动跟踪目标使其在可监控范围内。地面目标低空跟踪系统如图所示,可分为机载的跟踪伺服系统和地面控制站两大部分。在跟踪捕获阶段,地面移动目标由地面控制站指定,并引导云台逐步对准上目标;进入自动跟踪后,摄像头获取目标图像进行图像处理,跟踪伺服系统综合图像处理得到的目标信息和自身传感器反馈的无人旋翼机信息,经过伺服控制算法控制云台,使摄像头视轴始终在一定的误差范围内跟踪地面移动目标,同时向地面返回跟踪数据。可见,在自动跟踪状态下,跟踪伺服系统实际上是一个实时的视觉反馈控制系统;地面控制站的作用是接收并显示跟踪数据和跟踪图像,向机载的跟踪伺服系统发送遥控命令,进行远程操作和人工干预。这里,超小型无人旋翼机对地面跟踪目标的追随飞行由地面飞行操控人员遥控或其飞行控制系统根据跟踪伺服系统提供的信息自主/半自主控制实现。地面移动目标低空跟踪系统的功能是迅速捕获、跟踪、瞄准无入飞行器所在区域内的地面移动目标,它在军事、反恐防暴和民用方面都具有广阔的应用前景,得到了世界上许多国家的极大关注。在军事领域,它可以用于敌情侦察、敌方目标跟踪、打击引导等;在反恐防暴行动中,它能巡逻一个地区,辨认可图地面目标低空跟踪系统不意图上海大学硕士学位论文
国内外研究概况认骉疑活动,发现跟踪恐怖分子;在民用交通方面,它可以巡视某一区域,及时发现各种交通隐患或监控交通状况,跟踪逃逸车辆;在人员营救方面,它可以用于搜寻伤员,在山林地带搜寻迷失登山者。本课题来源于上海市国际合作项目“地面移动目标低空实时跟踪关键技术”,项目编号:该项目以地面移动目标低空实时跟踪的关键技术为研究内容,主要包括目标图像处理、跟踪伺服控制、跟踪控制与无人旋翼机飞行控制的融合、地面跟踪显示与控制等技术的研究。本课题以其中的跟踪伺服控制为研究内容,负责构建机载的跟踪伺服控制系统,云台机械