13、多旋翼飞行器导航与地雷检测技术解析

多旋翼飞行器导航与地雷检测技术解析

1. 多旋翼飞行器导航控制研究

在多旋翼飞行器的飞行过程中，偏航航向旋转对飞行有较大影响。在相关飞行测试中，偏航旋转速度可达约 50°/s。不过，实验数据表明，飞行器在偏航旋转时会围绕参考轨迹振荡。虽然高偏航旋转速度会影响位置控制，但 50°/s 对于许多应用来说是可接受的。

研究团队扩展了之前的测试，使用额外的多旋翼飞行器 Parrot AR Drone 2.0 进行更多 3D 轨迹测试。这些测试展示了架构如何自动考虑每个航点处轨迹的内角，以及速度规划部分如何考虑航点之间的距离。

该研究的贡献主要有两方面：
- 探讨了多旋翼导航控制器故障的各种原因。
- 提出了一种简单且可靠的方法，在中层控制器架构中解决这些问题。

同时，所有相关代码都可在两个 GitHub 仓库中获取。研究围绕视觉里程计估计错误时，状态估计算法和控制器可能产生的负面交互展开。通过实验，确定了估计算法正确工作的安全边界，并设计了控制器，使其能自然地限制飞行器速度。这一工作提高了实验测试的安全性和可重复性，进而提高了测试效率，还在 2012 年的 IMAV 竞赛中获得了两个奖项。实验测试显示了该方法的鲁棒性，小的轨迹跟踪误差表明应重点改进里程计和定位算法，而非控制器本身。

整体而言，所提出的架构旨在实现多旋翼飞行器的快速部署。它允许使用低成本飞行器（如 AR Drone）在实际飞行中测试自主导航软件，然后轻松移植到更专业的飞行器（如 Asctec Pelican）上。

以下是一个简单的流程图，展示多旋翼飞行器导航控制的主要流程：