[发明专利]基于视觉的飞艇定点鲁棒控制方法

权利要求书

1.一种基于视觉的飞艇定点鲁棒控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤一，定义地面坐标系、艇体坐标系、速度坐标系和图像坐标系，在此基础上确定机载摄像机安装方式；

步骤二，根据射影几何学原理，提取飞艇的姿态角；

步骤三，根据双目视觉视差原理，得到包含飞艇的姿态和位置的非线性方程组，把步骤二中得到的姿态角代入非线性方程组中，得到飞艇位置；

步骤四，采用Backstepping方法设计飞艇的鲁棒自适应定点控制方案，通过分析证明所提出的Backstepping控制方案能有效地保证闭环系统有界稳定，并把基于图像得到的姿态角和位置信息与控制相结合，实现闭环控制。

2.根据权利要求1所述的基于视觉的飞艇定点鲁棒控制方法，其特征在于坐标系的定义如下：

第一步，将地面坐标系设为惯性参考系S_g-o_gx_gy_gz_g，在地面上选一点O_g，使x_g轴在水平面内并指向某一方向，z_g轴垂直于地面并指向地心，y_g轴在水平面内并垂直于x_g轴；

第二步，确定艇体坐标系，即摄像机坐标系S_c-O_cX_cY_cZ_c，原点O_c取在飞艇体积中心，坐标系与飞艇固连，X_c轴在飞艇对称平面内并平行于飞艇的设计轴线指向艇头，Y_c轴垂直于飞艇的对称平面指向艇体右方，Z_c轴在飞艇对称平面内，与x轴垂直并指向艇体下方；位于飞艇质心的摄像机与飞艇固连，即为艇体坐标系；

第三步，确定速度坐标系S_a-o_xa_ya_za，原点o取在飞艇的体积中心，ox_a轴与飞行速度向量V的方向一致；oz_a轴在飞艇纵剖面内垂直于ox_a轴指向艇腹部；oy_a轴垂直于x_aoz_a平面指向右侧；

第四步，图像坐标系Oxy，图像坐标系位于图像平面内，原点O为光轴与图像平面的交点，x轴和y轴分别平行于X_c轴和Y_c轴。

3.根据权利要求1所述的基于视觉的飞艇定点鲁棒控制方法，其特征在于摄像机安装方式为：一个摄像头固定安装于飞艇的质心，其光心与艇体轴系Z_c轴重合；另一个摄像头悬挂于飞艇的Y_c轴方向上，其光心始终垂直地心。

4.根据权利要求1所述的基于视觉的飞艇定点鲁棒控制方法，其特征在于：在步骤二中，选用H型图像作为特征图像，先对所获取的图像采用常规算法进行预处理包括中值滤波和增强处理，根据图像特征在图像中的位置和角度的变化来提取飞艇的姿态角。