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四旋翼自主飞行器探测跟踪系统作者：买彩凤来源：《科学与财富》2018年第09期摘要：以四旋翼自主飞行器为基础，基于视觉的目标识别与跟踪问题，完成了系统设计、识别跟踪算法设计和实验验证这一整套流程。
飞行器通过电子调速器控制来驱动飞行器的四个直流电机，利用三轴角速度传感器与三轴加速度传感器集成的MPU6050芯片以及姿态解算实现飞机平稳上升，利用超声波测取当前高度达到目标高度并完成悬停要求。
通过遥控器来发射信号，当遥控小车的接收模块接收到信息并将其传递给STM32单片机，再根据内部程序输出PWM波，电机驱动接收PWM波后将顺利完成四个基本动作：前进、后退、左转、右转；采用摄像头传感器追踪目标车的颜色，以此达到飞行器探测追踪要求。
关键词：四旋翼；瑞萨单片机；OV7670摄像头；PID算法；一、系统方案本系统主要由控制系统模块、电机驱动模块、飞行姿态检测模块、超声波测距模块、摄像头模块、电源模块组成。
本设计以瑞萨（Renesas）单片机RX23T作为主控芯片为其控制系统模块。
此控制器是一款功能强大的处理器，且运算速度快，非常适用于处理较复杂的任务。
利用其单片机输出PWM波通过电子调速器来驱动四个直流电机构成电机驱动模块。
利用3轴MEMS陀螺仪传感器，3轴MEMS加速度计传感器以及气压计传感器集成的芯片和STM32F103芯片作为飞行姿态检测模块，通过三个16位的ADC将其测量到的模拟量转化为输出且能够被单片机直接处理的数字量，从而减轻单片机的工作量。
利用超声波的反射特性来测距离从而控制飞行器的高度来构成超声波测距模块。
利用摄像头采集图像通过腐蚀算法处理采集到信息找到目标信号构成其摄像头模块。
1、控制系统模块器件的论证与选择主控模块的选择：主控模块作为整个控制系统的核心，其处理器的选型显得尤为重要。
在本系统中，对处理器的选型需要考虑一下几点：（1）处理器必须具有足够运算能力，能实时的对飞行器的姿态进行修正；（2）在姿态解算过程中需要处理器进行大量的浮点运算。
基于Cortex-M4的四旋翼飞行控制系统设计
冀明;卢京潮
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2013(21)7
【摘要】针对四旋翼飞行器,设计并实现了一种基于Cortex-M4的微型飞行控制系统；使用高性能Cortex-M4处理器融合陀螺仪,加速度计,GPS位置,超声波高度,磁力计等信息,采用互补滤波进行姿态解算,并以PID控制方法对飞行器的滚转、俯仰、偏航和高度通道进行控制,实现了四旋翼飞行器的自动定高飞行和定点悬停功能；文章详细介绍了控制系统的总体构成,以及软硬件设计方法,并结合Ucos-Ⅱ嵌入式实时操作系统,保证了系统的可靠性和实时性.
【总页数】3页(P1816-1817,1821)
【作者】冀明;卢京潮
【作者单位】西北工业大学自动化学院,西安 710129;西北工业大学自动化学院,西安 710129
【正文语种】中文
【中图分类】TH873.7
【相关文献】
1.基于ARM内核单片机的四旋翼直升机飞行控制系统设计 [J], 叶文伟;刘琨;李中健
2.基于APM自驾仪的四旋翼飞行控制系统设计 [J], 古训;田洪兴
3.四旋翼飞行器飞行控制系统研究与设计 [J], 刘岩;杨牧
4.基于ARM的四旋翼飞行控制系统设计 [J], 李孟虎; 张锡伟
5.基于Tiva C系列处理器的四旋翼飞行控制系统设计 [J], 罗莉; 何学良; 赵文乐; 陈相余; 黄嘉芯
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四旋翼飞行器系统硬件平台设计与实现吉一纛;潘汛;郭玉坤;余瑶【摘要】为实现对四旋翼飞行器的应用和研究,根据现有项目对飞行控制系统的功能、设备接口、使用环境等要求,设计一套基于数字信号处理器的飞行器系统硬件平台.详细叙述硬件平台总体设计方案和具体硬件选型情况,重点介绍数字信号处理器、惯性测量单元、超声波传感器等主要器件的性能、通信接口、工作模式等.实际飞行测试结果表明,该硬件平台性能可靠、安全可行,满足研制要求.【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】5页(P76-80)【关键词】四旋翼飞行器;硬件平台;数字信号处理器;惯性测量单元;超声波传感器【作者】吉一纛;潘汛;郭玉坤;余瑶【作者单位】北京科技大学自动化学院,北京100083;北京科技大学自动化学院,北京100083;北京科技大学自动化学院,北京100083;北京科技大学自动化学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TP391.8四旋翼飞行器结构简单、机动性强、制造成本低、易于小型化，能够实现垂直起降、自由悬停，能够适应多种工作环境、执行多种特殊任务[1-4]。
文献[5]采用两块ARM(advanced RISC machines)芯片作为控制系统的控制器来搭建四旋翼飞行器硬件平台，其中，气压计和GPS(global positioning system)模块测量的数据由ARM9处理，三轴陀螺仪和三轴加速度计的数据由ARM7处理，两块ARM芯片通过SPI(serial peripheral interface)接口通信；文献[6]设计的平台采用ARM芯片作为上层处理器获取传感器信息和运行控制算法，下层AVR单片机主要实现ARM嵌入式控制器的数字控制量到RC接收机PWM(pulse width modulation)信号的转换，该平台可实现滚转角、俯仰角、水平纵向和横向位置的4个自由度自主控制；文献[7]硬件平台的姿态控制系统主要考虑室内飞行的情况，以DSP作为主控制器，利用ADIS16335三轴惯性测量传感器获取姿态信息，超声波测距传感器测量飞行高度；文献[8]为实现稳定可靠的飞行，飞行器4个电机的转速控制均单独由一块Atmega8单片机实现，并选用Atmega16单片机作为采集陀螺仪信息、接收无线模块通信信号和控制Atmega8的主控芯片；文献[9]设计的四旋翼飞行器硬件在环仿真平台采用DSP作为底层电机控制芯片，工控计算机作为仿真控制器，并结合Flight Gear和Google Earth软件实时显示飞行器状态，该平台固定于立柱顶端的球关节，属于“半实物仿真”。
基于Cortex-M4的四旋翼飞行控制系统设计冀明;卢京潮【摘要】针对四旋翼飞行器,设计并实现了一种基于Cortex-M4的微型飞行控制系统；使用高性能Cortex-M4处理器融合陀螺仪,加速度计,GPS位置,超声波高度,磁力计等信息,采用互补滤波进行姿态解算,并以PID控制方法对飞行器的滚转、俯仰、偏航和高度通道进行控制,实现了四旋翼飞行器的自动定高飞行和定点悬停功能；文章详细介绍了控制系统的总体构成,以及软硬件设计方法,并结合Ucos-Ⅱ嵌入式实时操作系统,保证了系统的可靠性和实时性.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2013(021)007【总页数】3页(P1816-1817,1821)【关键词】四旋翼;Cortex-M4;互补滤波;飞行控制【作者】冀明;卢京潮【作者单位】西北工业大学自动化学院,西安 710129;西北工业大学自动化学院,西安 710129【正文语种】中文【中图分类】TH873.70 引言随着微机电系统技术在国防、军工、民用等各方面的广泛应用，飞行器的小型化和信息化的进程不断加速。
四旋翼无人机能够垂直起降、自由悬停，它具有如下几个特点：1）体积小、重量轻、隐蔽性好，可以在地面、军舰上灵活起降；2）具有很强的机动性，微小型四旋翼无人机飞行高度为几米到几百米，飞行速度为每秒几米到几十米，便于在复杂环境下使用。
3）结构简单成本低，安全性，成本较低，拆卸方便，且易于维护。
由于四旋翼的飞行环境复杂，对控制频率要求很高，目前飞行器控制系统多采用单片机作为主控芯片，存在硬件资源有限、运算速度慢等问题。
本研究选用基于Cortex－M4高速内核的低功耗处理器STM32F407VET6，它可以内嵌实时操作系统，和传统的控制方式相比，外设资源更丰富，可满足各类传感器通讯需求，性能更好。
飞行控制器中姿态角解算应用了互补滤波器的思想，该方法在保证精度情况下克服了经典卡尔曼滤波器计算负担大的缺点，具有较大的应用价值。
四旋翼无人机地面目标跟踪系统的研究与设计的开题报告1.选题的背景和意义近年来，随着四旋翼无人机的广泛应用，其在军事、民用和商业领域的重要性逐渐凸显，其中一项重要的应用就是用于地面目标跟踪。
地面目标跟踪系统可以为各种应用场景提供重要的支持，例如军事侦察、气象预警、公共安全等。
但当前的四旋翼无人机地面目标跟踪系统仍然存在一些问题，如跟踪能力、定位精度、自适应性等方面的提升空间，因此研究和设计一种优秀的四旋翼无人机地面目标跟踪系统，对于当前和未来的应用场景都具有重要的意义。
2.研究的内容本研究将重点研究和设计一种四旋翼无人机地面目标跟踪系统，包括以下方面的内容：（1）无人机硬件设备的选择与设计，包括四旋翼无人机的选型和配备相应的传感器、控制器等设备，以确保系统的鲁棒性和可靠性。
（2）目标检测和定位算法的研究和优化，以提高跟踪的精确性和自适应性，包括图像处理、目标识别、目标跟踪和跟踪策略等方面。
（3）无人机控制策略的设计和实现，包括遥控和自主控制两种方式，结合目标检测和定位算法，使得系统能够实时地跟踪目标，同时保持足够的稳定性和可靠性。
（4）系统的实验验证和性能评估，通过对系统的实际应用和测试，验证系统的性能和鲁棒性，进一步提高系统的可靠性和适用性。
3.研究的创新点和难点本研究的创新点主要在于以下方面：（1）采用无人机进行地面目标跟踪，使得系统具有更大的应用灵活性和适用范围，同时克服了部分传统地面跟踪系统由于地形和障碍物的限制而无法发挥全部效能的问题。
（2）利用先进的目标检测和定位算法，通过对图像的处理和目标特征的提取，实现对目标的高效跟踪和识别。
（3）设计了一套遥控和自主控制相结合的系统控制策略，使得系统能够实现在线实时跟踪和自适应调整。
本研究的难点主要在于以下方面：（1）如何选择和设计适合系统要求的无人机硬件设备，以及如何优化各部件之间的协作与配合，实现各项功能的稳定实现。
（2）目标检测和定位算法的研究和实现，需要选用先进的算法并且对算法进行优化，以提高识别和跟踪的准确性和鲁棒性。
四旋翼飞行器飞行控制系统研究与设计1. 引言1.1 研究背景四旋翼飞行器是一种具有垂直起降能力和灵活操控特性的无人飞行器，近年来在军事、民用航空领域得到广泛应用。
四旋翼飞行器的飞行控制系统仍然是一个挑战性问题，需要不断的研究和改进。
在过去的几十年里，飞行控制系统技术取得了巨大的进步，从传统的PID控制方法到现代的神经网络控制和模糊控制方法，不断地推动着飞行器飞行性能的提升。
在四旋翼飞行器这种特殊结构的飞行器上，如何设计一套高效稳定的飞行控制系统仍然是一个值得研究的课题。
通过对四旋翼飞行器的飞行控制系统进行研究与设计，可以进一步提高其飞行性能、安全性和自动化程度，为未来无人机飞行技术的发展奠定基础。
本研究旨在探讨四旋翼飞行器飞行控制系统的设计原理和方法，为实现四旋翼飞行器的稳定飞行和智能控制提供技术支持。
1.2 研究目的研究目的主要是为了探索四旋翼飞行器飞行控制系统的设计与优化方法，以提高飞行器的稳定性、灵活性和控制精度。
本研究旨在深入分析传统飞行控制方法和先进飞行控制方法的优缺点，结合四旋翼飞行器的特点，提出有效的飞行控制系统设计方案。
通过实验验证，验证设计方案的有效性和实用性，进一步完善飞行控制系统的性能。
最终目的是为了提高四旋翼飞行器的自主飞行能力和应用领域的拓展，推动飞行器技术的发展和应用。
希望通过本研究的成果，为未来四旋翼飞行器的设计与控制提供参考和指导，为飞行器的性能优化和智能化发展做出贡献。
2. 正文2.1 飞行控制系统概述飞行控制系统是四旋翼飞行器的重要组成部分，它负责控制飞行器的姿态、位置和飞行参数，以确保飞行器稳定、安全地飞行。
飞行控制系统的设计和实现是四旋翼飞行器研究的关键内容之一。
飞行控制系统通常由传感器、执行器和控制算法组成。
传感器用于测量飞行器的姿态、位置、速度等信息，将这些信息传输给控制算法。
控制算法根据传感器数据计算出合适的控制指令，通过执行器控制飞行器的动作，实现飞行器的姿态和飞行参数控制。
基于视觉的室内四旋翼无人机目标追踪系统设计
龚子然;代勇;王响;王玉花
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2018(025)001
【摘要】针对无人机在室内飞行无法依靠GPS定位飞行,还有一些人员无法到达的地点进行关键信息的搜寻工作问题,设计了一种基于视觉的室内四旋翼无人机目标追踪系统,实现室内定位自主飞行与物体自主识别跟踪功能.
【总页数】4页(P5-8)
【作者】龚子然;代勇;王响;王玉花
【作者单位】北方工业大学电子信息工程学院,北京 100144;北方工业大学电子信息工程学院,北京 100144;北方工业大学计算机学院,北京 100144;北方工业大学电子信息工程学院,北京 100144
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统设计 [J], 姜俊俊;李明;张宇
2.基于视觉的四旋翼无人机目标跟踪研究 [J], 李国仁;年晓红;周志豪;
3.基于机器视觉的目标识别追踪算法及系统设计 [J], 杨宇; 刘宇红; 彭燕; 孙雨琛; 张荣芬
4.基于视觉处理的四旋翼无人机自主导航系统设计 [J], 张皓焱;刘新
5.基于视觉的四旋翼无人机控制系统设计 [J], 谢虎
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2017年11月第46卷第11期机械设计与制造工程Machine Design and Manufacturing Engineering Nov.2017V ol.46 No.11D O I:10.3969/j.issn.2095 -509X.2017.11.029基于Android的四旋翼飞行器定位与跟踪系统设计万广弟，王闯，刘洋，魏海坤(东南大学自动化学院，江苏南京210096)摘要：为了实现四旋翼飞行器的自定位，首先通过在飞行器上增加外设S I M808模块完成总体的硬件设计；其次在飞行器端利用全球定位系统和短信模块完成了四旋翼无人机位置信息的获取与发送功能；再次在A n d ro i d手机客户端，利用百度地图S D K搭建A n d ro i d应用程序，实现了四旋翼飞行器在地图上的定位与轨迹跟踪'最后对应用成果进行了展示，并指明了下一步研究的方向。
关键词：四旋翼飞行器'百度地图；A n d ro i d;定位跟踪中图分类号:T P317文献标识码:A文章编号:2095-509X(2017)11-0145-05近年来，随着新型材料、微电机（M E M S)、惯 导（M IM U)技术的进步[1]，四旋翼飞械 的研究、自动导航的研究%2]、能的研究[3]编队 的研究[4]取得了重要的成果，四旋翼 也逐 向实用化，在源勘测、、流、农业 有着广阔的应用前景。
于四旋翼 的为 [5]，且飞受 环境 大，现阶段很难保证 程 中不出现 ，现四旋翼 的自定 有一定程度的必要性。
四旋翼 自定技术 为激光定位技术、超声定位技术、o p s 定位技术 视觉定位技术[6]。
本 利用全球定位系统（O P S)现四旋翼的自定位，同时 到以下3 :1$现阶段移动端智能手机的普及）2$ L i n u x内核为础的A n d r o id操作系统平台开放、、易于开发[7]) 3 $百 S D K为开发者开发 类应用程序提供了 的接口。
