本文所討論的是外部視覺導(dǎo)航方法，表1結(jié)合瑞士聯(lián)邦理工學院、賓夕法尼亞大學和麻省理工學院三所高校光學動捕系統(tǒng)的性能參數(shù)，對比分析光學動捕系統(tǒng)的各項參數(shù)。

       表2三所高校測試平臺對比

 

 

       從表1可以看出，瑞士聯(lián)邦理工學院、賓夕法尼亞大學賀麻省理工學院的測試平臺分別為FMA、Multiple Micro-UAV Test Bed和RAVEN，這三所高校光學動捕系統(tǒng)完全滿足多旋翼無人機的高機動飛行。

       在多旋翼無人機的控制系統(tǒng)研究中，導(dǎo)航數(shù)據(jù)的準確性是控制算法得以實際應(yīng)用的重要前提。在建筑物密集，叢林等環(huán)境下，GPS信號容易丟失，在室內(nèi)環(huán)境下，GPS信號甚至完全不能用，所以基于光學動捕系統(tǒng)并與慣性導(dǎo)航組合后的數(shù)據(jù)為多旋翼無人機提供精確的位置和姿態(tài)等導(dǎo)航信息，提高系統(tǒng)的可靠性。
       光學動捕系統(tǒng)可以精確測量三維空間的運動狀態(tài)，它是基于計算機圖形學原理，其實質(zhì)是測量、跟蹤和記錄物體在三維空間中的運動軌跡。光學動系統(tǒng)的硬件組成包含高速紅外攝像機、PC機、集線器等。如圖23所示。。高速紅外攝像機通過特殊紅外標記物marker點捕捉多旋翼無人機的運動信息，然后以圖像的形式記錄下來，集線器識別攝像機捕捉的信號，負責將運動數(shù)據(jù)從高分辨率紅外攝像機快速準確地傳送到PC機，由PC機上專門進行數(shù)據(jù)解析的軟件Active Center™進行處理，如圖22所示，得到運動物體的位置信息，經(jīng)過相機一連串的拍攝，可以得到運動載體的運動軌跡。

 

 

       Active Center™軟件界面
       光學動捕系統(tǒng)導(dǎo)航信息的獲取方法
       位置信息。光學動捕系統(tǒng)可以識別安裝多旋翼無人機上的marker點，進而得到其位置信息，經(jīng)過相機一連串的拍攝，在地面站上可以直接顯示多旋翼無人機的運動軌跡。
       速度信息。速度信息可以經(jīng)過位置信息進一步得到，光學動捕系統(tǒng)更新更新頻率高，時間間隔很短，所以速度信息可以通過相鄰兩組位置信息的差值與位置數(shù)據(jù)更新的時間間隔相除得到。
       姿態(tài)信息。系統(tǒng)不能直接得到姿態(tài)信息，需要進一步的計算，以下是光學動捕系統(tǒng)無人機測試平臺的姿態(tài)解算求解過程。如圖25為光學動捕系統(tǒng)的坐標系，圖26為mrker點安裝示意圖，在多旋翼無人機上的A、B、C和D四個位置上分別安裝四個表面具  有特殊光學物質(zhì)的marker點，其中A點位于無人機的左前方，B點位于無人機的左后方，C點位于無人機的右后方，D點距離A點最近，A點、B點和C點三點共面與D點不共面，且它們之間距離關(guān)系為：AD<BD<CD。

       三個姿態(tài)角的定義以及正方向規(guī)定如下：
       ● 航向角，即機體繞垂直方向運動，機體的縱軸在水平面上的投影與光學動捕系統(tǒng)X軸之間的家教。數(shù)值上以光學動捕系統(tǒng)X軸為起點，角度范圍為0°~360°；
       ● 俯仰角，即機體繞橫向水平軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的縱軸和縱向水平軸的夾角，俯仰角以水平軸為起點，向上為正，向下為負，角度范圍為-90°~90°；
       ● 橫滾角，即機體繞縱軸相對于鉛錘平面的轉(zhuǎn)角，從鉛錘平面算起，左傾為負，右傾為正，角度范圍為-180°~180°。