[发明专利]一种基于图形矩的无人机地面移动目标追踪控制方法

权利要求书

1.一种基于图形矩的无人机地面移动目标追踪控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1.搭建硬件平台：包括四旋翼无人机及其搭载的光学传感器、惯性测量单元；

S2.根据给定位置的参考图像的特征信息，通过图形矩测算四旋翼无人机在当前位姿捕获的图像的特征信息；

S3.根据步骤S2中测算得到的图像的特征信息与参考图像的特征信息之间的误差，使用惯性测量单元获取的姿态信息，实现惯性系3D空间的映射；

S4.使用IBVS方法设计控制器，保持图像的特征信息收敛于给定位置的参考图像的特征信息，即实现目标追踪任务；

步骤S2的具体方法为：

定义惯性坐标系下x，y，z通道的状态量分别为λ_x，λ_y和λ_z，偏航通道为λ_ψ，图像内第μ个点的位置坐标为(u_μ，v_μ)，当前图像二值化后的图像矩阵为I′(u，v)，取

其中：

α＝M₀₂+M₂₀

N为有效像素点的数量，α^*，λ₀为根据参考图像计算得到的常数，f为摄像头焦距，M₀₂，M₂₀，M₁₁为图像的三个惯性矩，其定义为：

步骤S3的具体方法为：

步骤S2中得到的图像的特征信息与惯性系映射关系为

其中，x，y，z为惯性坐标系下无人机的位置信息，ψ为无人机的偏航角度，z_d为常数；

步骤S4的具体方法为：

建立无人机IBVS控制系统的物理学方程如下：

其中，φ，θ，ψ为俯仰、滚转、偏航角，u₁，u₂，u₃，u₄为控制器输入，m为机体质量，L机架臂长，I_x，I_y，I_z为三个方向的转动惯量，g为重力加速度，d₁，d₂，d₃，d₄，d₅，d₆为各个通道的不确定量；

控制系统状态量设计为

控制器的状态量的误差设计为

其中x_(·)^r为对应状态量的参考值；

控制器输入设计为

其中和对给定无人机而言为正常数，K_(·)为增益系数，

(·)(t-t_d)为对应变量在当前时刻t_d时间前的数值，为拉普拉斯反变换的符号，F_i(s)＝s/s+f_i，s为拉普拉斯算子，f_i为正常数。

2.根据权利要求1所述的基于图形矩的无人机地面移动目标追踪控制方法，其特征在于，步骤S1中所述光学传感器采用针孔摄像头，其安装角度垂直于四旋翼无人机的机体，所述惯性测量单元的安装角度平行于所述四旋翼无人机的机体。