四旋翼无人机导航与建图算法设计开题报告

1. 研究目的与意义

四旋翼无人机(Quadrotor UAV)是一种能够垂直起降的六自由度无人飞行器，能够完成悬停、低速飞行、垂直起降以等固定翼无人机无法完成的任务，更加适合室内飞行环境，与传统意义上的直升机相比，又具有结构简单，制造精度要求较低、稳定性好、陀螺效应较弱等突出优势。近年来，四旋翼无人飞行器以其诸多优点和在无人侦查、交通管理、森林防火、城市巡逻等领域的广阔应用前景，成为国际上的研究热点。在室内环境中的自我定位能力，对室内无人机的自主性有决定性的作用。事实上，为了提高飞行性能和根据环境灵活的进行任务规划，精确定位是非常重要的。在电子通信和计算机领域的不断的突破与创新，如传感系统，全球卫星定位系统(GPS)，航位推算系统，无线电技术以及机载的视觉传感器和图像处理技术，为无人机在复杂环境中定位与导航，并完成相对复杂的任务提供了可能。SLAM(simultaneous localization and mapping)，也称为CML(Concurrent Mappi-ng andLocalization)，即时定位与地图构建，或并发建图与定位。SLAM最早由Smith、Self和Cheeseman于1988年提出。由于其重要的理论与应用价值，被很多学者认为是室内机器人与无人机实现真正全自主移动机器人的关键。

无人机SLAM技术将同步定位与建图从二维空间扩展到了三维空间。在军事侦查中,无人机SLAM技术的实现可以替代侦查员实现未知军事目标的探索，获取其地理环境,武装力量分布等必要信息。在灾难救援中,无人机SLAM技术可以帮助消防指挥员快速获取发生火灾建筑物的内部结构，着火点分布，蔓延趋势，甚至是被困人员在建筑物中的位置。因此，SLAM算法在无人机上的发展和广泛应用，将有利于实施统一、高效、快速的军事侦查和自主营救，给人们的生命和财产安全提供巨大的保障。通过无人机SLAM技术，灾难现场释放的无人机编队可以通过建筑物的多个入口进入建筑物，并实现高效的建筑物内部地图构建与无人机自身定位。通过在无人机上携带丰富的传感器，可以实现构建建筑物结构图的同时构建建筑物内部温度,光强,有害气体的三维分布图，进而帮助指挥人员确定最佳营救路线。

2. 研究内容与预期目标

2.1主要研究内容：

(1)研究无人机的机械本体结构。基于嵌入式系统研究控制器硬件，包括通信模块、驱动模块和输入输出模块等；

(2)研究四旋翼无人机导航与建图算法。通过仿真模拟飞行验证导航与建图算法的可靠性与有效性。

3. 研究方法与步骤

本课题拟采用软硬件相结合组成实际控制系统。主要分为以下两个部分：程序设计，可视化编写

其设计的主要步骤：

(1)先查阅文献了解如今已有的目标检测方法

4. 参考文献

[1] 朱华勇，牛轶峰，沈林成，张国忠 无人机系统自主控制技术研究现状与发展趋势[期刊论文]-国防科技大学学报2010(3)

[2] genqiangdeng, jianqiang li, wenlong li, and huiwen wang. slam: depth ima-ge informationfor mapping and inertial navigation system for localization. in 2016asia-pacificconference on intelligent robot systems (acirs), pages 187–191,july2016.

[3] 任佳，高晓光，赵欢欢 基于目标状态估计的uav路径重规划决策模型[期刊论文]-控制与决策 2009(7)

5. 工作计划

（1）2022.2.21—2022.3.13 查阅资料，撰写开题报告；

（2）2022.3.14—2022.4.03 熟悉无人机系统及仿真方案；

（3）2022.4.04—2022.4.24 编制仿真程序；