4。2  室内定位方法 27

4。3  定位算法仿真实验 31

5  四旋翼无人机路径规划 35

5。1  路径规划建模 35

5。2  路径规划方法 36

5。3  路径规划的实验仿真 37

结论 39

致谢 40

参考文献 41

1  引言 

无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）,又称为无人飞行器，配备相关控制器、传感器、动力系统以及通信系统等模块的飞行器。与有人机相比，具有轻型、体积小、成本低、隐蔽性好等诸多优点，可以更好的适应周围的环境，特别是应用在信息复杂的核电厂、化工厂、排雷区等区域。基于不同的几何结构和外形，无人机又可以分为固定翼、扑翼和旋翼等多种类型。由于旋翼能够更适应多种复杂的环境，特别是一些狭小的环境，可以实现多种飞行姿态的能力，便于实现高度智能化等诸多优势，使得旋翼无人机为人们广泛应用。而四旋翼无人机是目前开发比较普遍的一款旋翼无人机，而与其他多旋翼飞行器相比，四旋翼无人机并不需要专门设计尾桨来抵消反扭矩以保持无人机平衡且具有效率高、易于控制、机动性好等优点。全自主四旋翼无人机需要解决问题有：对其自身姿态和位置进行辨识以及对周围环境的观测和建模，而这两方面正是目前无人机研究的热点即同步定位和建图技术。解决此问题通常利用声纳、激光以及视觉等各类传感器来获取周围环境信息，设计信息处理算法将输入量转化成控制指令以调节无人机的飞行。当无人机成功建图并定位后，设计合理有效的航迹规划便成为一项具有实际意义的任务。

本课题的主要控制对象是四旋翼无人飞行器（下文简称“无人机”），我的主要任务便是首先利用激光测距仪创建局部地图，在室内环境中对无人机进行定位，通过探测障碍物位置来规划合理的飞行路线进行避障设计，最终实现无人机飞行的自主导航。

1。1  研究背景和意义 

上世纪90年代以来，随着嵌入式技术、传感器技术、MEMS、MIMU以及控制导航理论的更新，四旋翼无人飞行器获有了更强有力的技术支持和发展空间，并逐渐向微型化、智能化方向深入。四旋翼无人机人们希望无人机可以在复杂环境中移动范围内进行安全的飞行，实现对环境具有较高的适应能力以保证最终完成任务。由于四旋翼无人机体积小、易悬停、成本低、续航能力有限等特点决定该类无人机飞行器主要是在低空进行短时工作。

在军事领域中，世界各国相继研制开发各种微型旋翼无人机，并将其应用于安全防范、军事侦察、电子对抗、区域反恐、目标搜寻等各个领域，其中四旋翼无人机的应用

较为广泛和普遍。传统的遥控式无人机一般需要一个飞行团队进行协作控制，各个控制人员需要实时修正无人机的航线和飞行姿态，这便消耗较多的人力资源而且人工往往无法满足实际需要的控制精度。同时，随着飞行要求以及任务危险度的逐渐提升，对飞行器操纵手的心理和生理要求也更加苛刻，仅仅依靠飞行员远程遥控操作完成复杂的任务势必会出现人为的判断失误等因素导致无法正常顺利完成任务。

在民用领域中，目前无人机主要有遥控无人机和空中机器人两种类型。遥控式无人机主要作为一种高科技娱乐玩具，可用来实现航拍、空中舞蹈表演、载重运输等用途，方便人们接触科技并享受科技带来的便利。另外，空中机器人的需求则更加广泛，现已经在诸多领域完成应用开发，比如通讯中继、工业测绘、森林防火、地震救灾、考古勘测、水坝检测、农业喷药、电力检修等领域。而以上各例自主飞行方案大多偏向于室外运行系统，本文侧重于针对室内环境实现监测、搜索和救援等各项应用功能的实验性研究。