[发明专利]基于预设性能四旋翼无人机视觉伺服目标跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于预设性能四旋翼无人机视觉伺服目标跟踪控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，通过四旋翼无人机的机载相机获取目标特征点的空间图像坐标和目标特征点的图像平面坐标，获得四旋翼无人机机载相机焦距，计算目标特征点的图像特征和目标特征点的雅可比矩阵，将多个目标特征点的图像特征构成图像特征向量，将多个目标特征点的雅可比矩阵构成叠加阵，获取机载相机的速度；

步骤2，根据多个目标特征点的雅可比矩阵构成的叠加阵和机载相机的速度构建四旋翼无人机机载相机透视投影模型；

步骤3，根据机载相机的视角限制设定图像特征坐标的可视约束；

步骤4，根据当前图像特征和设定的期望图像特征构建图像特征误差；

步骤5，选取预设性能函数为指数性能函数对图像特征误差的稳态和瞬态性能进行性能不等式约束；

所述步骤5具体包括：

计算目标特征点i在图像平面u轴坐标的期望值与图像平面中u轴坐标的下边界u_min之间的距离，如下所示：

其中，表示目标特征点i在图像平面u轴坐标的期望值与图像平面中u轴坐标的下边界u_min之间的距离，为正常数；

计算目标特征点i在图像平面u轴坐标的期望值与图像平面中u轴坐标的上边界u_max之间的距离，如下所示：

其中，表示目标特征点i在图像平面u轴坐标的期望值与图像平面中u轴坐标的上边界u_max之间的距离，为正常数；

计算目标特征点i在图像平面v轴坐标的期望值与图像平面中v轴坐标的下边界v_min之间的距离，如下所示：

其中，表示目标特征点i在图像平面v轴坐标的期望值与图像平面中v轴坐标的下边界v_min之间的距离，为正常数；

计算目标特征点i在图像平面v轴坐标的期望值与图像平面中v轴坐标的上边界v_max之间的距离，如下所示：

其中，表示目标特征点i在图像平面v轴坐标的期望值与图像平面中v轴坐标的上边界v_max之间的距离，为正常数；

其中，ρ_∞表示性能函数的稳态界值，ρ_∞均为正常数；

根据式(10)-式(14)确定预设性能函数，并将预设性能函数作为指数性能函数，如下所示：

其中，表示目标特征点i在图像平面u轴的指数性能函数，l表示性能函数的收敛速度，t表示时间；

其中，表示目标特征点i在图像平面v轴的指数性能函数；

步骤6，对图像特征误差进行归一化处理并设计同胚映射函数；

步骤7，根据设定的雅可比矩阵的伪逆、设定的雅可比矩阵的估计、设定的控制增益和同胚映射函数设计伺服控制器，通过伺服控制器进行目标的视觉跟踪控制。

2.根据权利要求1所述的基于预设性能四旋翼无人机视觉伺服目标跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

计算目标特征点i的图像特征，如下所示：

其中，s_i表示目标特征点i的图像特征，u_i表示目标特征点i在图像平面u轴的坐标，i表示目标特征点，v_i表示目标特征点i在图像平面v轴的坐标，x_i表示目标特征点i在空间图像x轴的坐标，y_i表示目标特征点i在空间图像y轴的坐标，z_i表示目标特征点i在空间图像z轴的坐标，λ表示四旋翼无人机机载相机焦距；

将多个目标特征点i的图像特征构成的图像特征向量，如下所示：

其中，s表示多个目标特征点i的图像特征构成的图像特征向量；

计算目标特征点i的雅可比矩阵，如下所示：

其中，L_i表示目标特征点i的雅可比矩阵；

将多个目标特征点i的雅可比矩阵构成的叠加阵，如下所示：

其中，L(z,s)表示多个目标特征点i的雅可比矩阵构成的叠加阵。