1  引言

1。1研究背景

四旋翼自主飞行器是一种利用自身搭载的控制芯片和各个传感器，无需远程遥控即可实现自主飞行的飞行设备。目前，四旋翼自主飞行器在动植物保护、电子侦察、农业生产、火灾救援等领域中都发挥着巨大的作用。然而，这些应用的基础都是侦察，没有传感器的数据采集与处理，就没有其它应用的实现[1]。循迹控制技术，是实现无人机自主飞行的一项重要技术。它指的是无人机在飞行过程中，利用搭载在下方的光电传感器，对无人机下方的道路轨迹进行数据采集，并将图像信号传送给自带的微控制器。微控制器可以对图像进行分析处理，得出无人机偏离道路轨迹的程度，从而使无人机沿着道路轨迹自动飞行。循迹控制技术可以使无人机沿着预先准备好的道路轨迹自主飞行，在工业生产、农药喷洒、快递投送等应用上有着很好的发展前景。论文网

目前国内生产无人机的厂商很多，但大多针对的是机载航拍功能，其它很多应用没有得到充分的研究。针对无人机在自主飞行领域的良好发展前景，我们根据学校相关教学和科研需求，开展此项团队课题研究，设计并制造了一架具有多方位功能的、能够实现自主飞行的四旋翼无人机，并且未来还将以本次课题为基础，将本课题中尚存的不足加以完善，以便将其发展成为一个成熟完善的研究项目。

1。2  研究现状和存在的问题

1。2。1  研究现状

目前，四旋翼无人飞行器的控制技术已经是一项较为成熟的技术了，当今研究的重点也逐渐从普通的飞行控制技术转向了更复杂的智能化操作技术，例如机器视觉系统。典型的无人机机器视觉系统，通常以四旋翼自主飞行器为基础,飞行器下方搭载有载物云台，光电传感器固定在载物云台上，以增加传感器的图像采集范围。云台在无人机飞行时，可以左右上下全方位旋转，飞行器通过配置在云台上的光电传感器实现对目标的识别和跟踪。

无人机采集轨迹图像，常用CMOS光电传感器，相比于已经应用了长达几十年的CCD光电传感器技术，它拥有更优异的性能，同时，它的平均成本也低于传统的CCD光电传感器[2]。在无人机的循迹控制所采用的图像采集与图像处理系统中，比较常见的设计方法为CMOS光电传感器搭配CPLD[3]／FPGA[4]／DSP[5]，采集到的数据通过串口总线或者双端口ARM传送到PC、ARM或DSP上[6]。

对于轨迹图像的识别,国内外比较普遍采用的方法是利用数字图像处理技术，对原始图像进行各种运算处理,例如数字滤波[7]、图像二值化[8]、边缘特征提取[9]、数学形态学处理[10-11]、灰度跳变检测[12]等。

目前高校实验室所研究的循迹控制技术，通常针对的是简单背景下的曲线轨迹，是对无人机实际飞行中，所面对的复杂道路轨迹的一种简化模型。

1。2。2  存在问题

相比于单ARM控制的图像采集系统，搭配了CPLD/FPGA/DSP的图像采集系统有着系统结构复杂，设计成本高等特点。而单ARM控制的图像采集系统中，光电传感器的数据获取与处理均由同一块ARM完成。这样的单ARM系统体积小、重量轻、成本便宜，这对无人飞行器飞行的机动性和灵活性十分重要，也更适用于高校实验室条件下的研究[13]。单块ARM驱动的图像采集过程中，传送数据的速度受限于所选用ARM的中断响应时间，低位单片机（如8位）很难采集到图像，即使添加了FIFO模块，图像帧数仍然很低[14]。而且由于FIFO不具备地址功能，单片机不能进行选址读取，难以进行数据处理，只有处理速度更高并且采用直接内存操作的ARM，才能拥有更快的图像采集速度[15-16]。文献综述