微小型飞行器航向系统设计

从实用的角度出发,给出了微小型飞行器的航向系统(包括航向测量和航向控制)体系结构.设计了地磁航向、捷联航向、GPS航向等3种常用的航向测量手段在微小型系统中的实现方案,分析了其各自的优、缺点,提出了一种实用的、基于数据融合的航向获取方法.在航向测量的基础上,又设计了针对微小型飞行器的航向控制方案,并应用于某小型固定翼飞行器的飞行控制系统中.进行了自主飞行试验,取得了预期的试验效果.

一类可变飞行模态飞行器的统一建模研究

可变飞行模态飞行器,兼有直升机垂直起降、悬停和固定翼飞机高速前飞的优势,是飞行器发展的重要方向之一。在分析一类可变飞行模态飞行器运动机理的基础上,建立了能够反映该类飞行器共有特性的、抽象的统一数学模型结构。并在统一模型的框架下,建立了鸭式旋翼/机翼无人机的六自由度数学模型,并对其进行仿真验证。仿真结果表明,该建模方法可以实现该类飞行器各转换模态的配平,并具有较强的通用性。

无人飞行器综合检测控制系统

分析了无人飞行器系统构成，对其综合检测控制系统功能和实现技术进行了分析和研究，探讨了通用化无人飞行器检测控制系统方案，针对具体无人机系统进行了设计和实现。实际应用表明本方案具有通用性和很强的工程实用性。

无人机全空域飞行影响因素分析

进入全空域飞行是未来无人机发展的必然趋势,所面临的关键问题是安全性和空中交通管理.根据无人机大、中、小型,低、中、高速并存的特点,分析了无人机安全性和影响其全空域飞行能力的关键因素与改进方法,包括建立分类管理机制,提高自主导航与控制能力,进行动态任务规划,采取协调机制,增强环境感知与规避能力等.进一步提出了无人机空域飞行的建模/仿真理论框架,目标是在提高无人机可靠性的基础上,使其具备全空域飞行能力,从而降低无人机使用成本、提高空域共享能力,实现有人机、无人机共享空域.

电动VTOL飞行器双目立体视觉导航方法

研究了在未知的、动态的室内走廊环境中,采用双目立体视觉引导电动VTOL(Vertical Take-Off and Landing)飞行器安全飞行的方法.使用安装在飞机上的两个微型摄像头从不同的位置获取图像,由双目立体视觉理论恢复其周围环境特征点的三维坐标.采用角点匹配方法计算视差,实现无人机在走廊中的横向坐标定位.采用区域灰度相关算法进行立体匹配获取视差图,从视差图上检测出障碍物,并给出避障导航点.初步实验验证表明,该方法可行性较高,可以作为进一步研究的基础.

长航时太阳能无人机总体设计方法和分析

通过对长航时太阳能无人机机载发电和储能系统的性能特点进行研究和分析,以能量平衡关系和气动力参数为基础推导了储能蓄电池(二次电源)重量Qb、太阳能电池面积Ss与无人机总重量Qj、飞行速度v、升阻比k、电动机效率ηm、螺旋桨效率ηB和机载设备用电功率Pb等参数的关系式,提出了相应的系统总体设计方法和流程;在此基础上,针对重力混合储能的优化方法建立了蓄电池重量比的关系公式。通过系统方案的计算和对比验证了设计方法的有效性,简化了计算,并可在方案设计阶段进行设计校核,可为长航时太阳能无人机平台的总体设计提供借鉴和帮助。

基于修正EKF的微小型飞行器姿态估计

分析了常用飞行姿态估计方法在微小型飞行器上应用的局限性，针对基于微机电系统（MEMS）惯性器件的姿态测量方案，构建了以MEMS陀螺仪姿态矩阵解算为状态更新、以MEMS加速度计重力矢量解算为观测更新的扩展卡尔曼滤波器（EKF），推导了相应的卡尔曼滤波方程。为了提高该滤波器抵抗机动加速度干扰的能力，设计了基于M估计的新息修正方法，该方法能有效地抑制载体阶跃加（减）速对姿态估计的影响。最后通过仿真和样机试验对上述算法进行了验证。

无人机自动空中加油飞行控制技术

无人机在现代战争中扮演重要角色,广泛用于侦察、监视战区环境等任务,留空时间需求日益增长,为了增加航时而不返回基地加油,亟需开展无人机自动空中加油技术的研究,根据空中加油的特点,深入研究了空中加油自动飞行控制系统方案,提出了受油机分阶段姿态和位置控制策略,设计了满足自动空中加油控制要求、面向工程的多模态、高精度、高抗扰飞行控制律,并用粒子群算法进行了参数优化。此外利用Matlab/Simulink搭建仿真平台对空中加油阶段受油机扰动运动进行了仿真验证。仿真结果表明,该多模态控制律可以满足自动空中加油的任务要求,控制精度较高,受油机的抗干扰能力较强。

鸭式旋翼/机翼无人机飞行动力学建模与分析

针对鸭式旋翼/机翼无人机兼有直升机和固定翼机飞行特性的特点,对其飞行动力学模型进行了理论建模与分析研究。应用动量理论建立了旋翼/机翼尾迹模型,分析了旋翼/机翼尾迹对鸭翼、平尾等气动部件的干扰特性,建立了直升机和转换飞行模式受旋翼/机翼尾迹干扰影响的动力学模型以及固定翼飞行模式的动力学模型。提出了各飞行模式的配平策略,使用Matlab工具箱函数简化了平衡特性计算和模型线性化过程,并进行了不同飞行模式、典型飞行状态的纵向运动稳定性分析。结果表明所建立的模型能够反映该类鸭式旋翼/机翼无人机各飞行模式的典型特性,并可用于飞行控制系统设计。

无人战斗机飞行管理与控制系统分析

综合概述了世界无人战斗机的发展状况 ,分析研究了无人战斗机飞行管理与控制系统的特点和需求 ,运用“人机”复杂混合控制系统理论分析了无人战斗机飞行管理与控制系统层次结构 ,论述了遥控操作员“人机”界面、任务规划及其实时控制、大机动敏捷控制律设计等实现飞行管理与控制系统的关键技术问题及其解决方案 .

基于Creator/Vega Prime的无人机着舰仿真验证系统设计

针对无人机着舰关键技术仿真验证的迫切需求,设计并实现了基于Creator/Vega Prime的无人机着舰仿真验证系统。首先分析了系统应当具备的功能和结构组成,以此进行了实现方案流程设计。然后讨论了如何利用Creator/Vega Prime技术设计三维着舰场景,进而重点研究了飞行数字仿真和图像导航两项关键技术的仿真验证方法。最终基于智能可控飞行器的硬件平台实现了所提出的着舰仿真验证系统。实践证明,该系统具备多样化任务模拟、操纵手训练和关键技术验证三项功能。

无人战斗机实时数据处理延迟模型研究

无人战斗机日益成为航空界研究发展的方向和目标 ,其有效性和先进性取决于其实时管理和控制所采用的方法 .通过分析无人战斗机系统数据处理的闭环回路过程 ,提出了无人战斗机实时任务规划和控制的通讯延迟模型 ,并将模型用在无人战斗机实时任务规划系统中 .仿真结果表明 :延迟模型可以为无人战斗机的姿态和位置等飞行状态提供有效的预测和补偿 .

无人机下滑着陆DGPS/INS导航及引导系统的仿真与试验研究

介绍了一种采用输出校正方式DGPS/INS组合导航系统引导无人机下滑着陆的方案。给出了该方案的数学模型,对组合导航系统进行了数字仿真,并在数字仿真的基础上进行了动态跑车试验,验证了所设计的输出校正方式DGPS/INS组合导航系统能够满足引导无人机自动下滑着陆的精度要求。

基于双ARM的无人直升机飞控导航系统设计

将两片基于ARM(Advanced RISC Machine)内核的微控制器应用于某型共轴式无人直升机飞控导航系统的CPU(Central Processing Unit)模块,连同电源及舵机信号处理模块、信号处理及接口模块形成一个高度集成的嵌入式飞控导航计算机,提供的8路异步串行通讯接口、8路数字信号口,与组合导航设备、信号调理设备、收发电台和姿态稳定系统与舵机等外围设备连接构成一套完整的无人直升机数字式飞控导航系统,另配置了16 MB FLASH(Flash Eeprom)用于任务与飞行状态数据记录,并基于ADS(ARM Developer Suite)集成开发环境编制了系统的飞控与自主导航软件.经地面检测与调试,该系统运行情况良好.

基于数话同传的无人机车外控制器设计

针对无人机遥控应用中出现的问题,提出一种基于数话同传的无人机车外控制器的设计方法。介绍了车外控制器系统的组成和硬件设计的关键点,详细阐述了数话同传技术实现的关键问题。经测试及实际应用证明该控制器功能设计合理,性能稳定可靠。

低空掠海飞行拖靶自抗扰高度控制律设计

针对低空掠海飞行拖靶建模误差和外界扰动大的特点,提出了自抗扰高度控制律设计方法。该方法通过安排过渡过程解决了超调与快速性的矛盾,跟踪微分器提取误差的微分信号有效实现了微分反馈,非线性反馈在避免使用积分器的同时提高了控制效率。采用扩张状态观测器对未建模动态和干扰作用进行估计并补偿。仿真结果表明,在存在模型摄动和外界扰动情况下,基于自抗扰控制的拖靶高度控制系统具有较好的动态品质、稳态精度以及较强的鲁棒性。

用于飞行器视觉导航的地平线检测算法

结合航拍视频序列的特点与视觉导航系统的需求,提出了一种基于图像区域相似性和禁忌搜索算法的地平线拟合视觉导航算法.从航拍视频序列中提取单帧图像,并做下采样去噪等相应预处理;初始化禁忌搜索算法的初始解等参数,结合适配值函数,拟合图像中的地平线;用禁忌搜索算法的特赦准则和收敛准则评判拟合的准确性,直到适配值函数值满足收敛准则为止,得出最优解;分解出飞行器的横滚角和俯仰角,并由横滚角和俯仰角的大小决定下次参数校正的间隔,输出结果给控制系统.实验结果表明,与传统视觉导航方法和基于Hough变换的方法相比,此算法具有无参考、实时性好和抗噪性强等特点.

一种无人机飞行控制管理软件回归测试方法

针对大型嵌入式软件测试的难题,提出了基于系统快照的自动化回归测试方法,并以无人机飞行控制管理软件为研究案例进行了关键技术解析、测试系统设计及分析.利用系统快照技术实现了彼此之间关系繁杂的测试用例的解耦,将复杂的系统测试转化为灵活的单元测试.结合CPPUnit的测试框架,建立了自动化回归测试的系统结构,并深入分析了各部分的功能和执行过程.进而设计出基于系统快照的自动化回归测试执行流程和测试用例的编制流程.给出了某型无人机飞行控制管理软件在不同方法下的测试结果,通过数据对比验证了测试系统的高有效性.

机身主要承力框结构优化设计研究

将基于二次规划的准解析法优化理论应用于机身主要承力框的设计中 ,建立了机身主要承力框的优化模型 .以承力框重量为目标函数 ,考虑了尺寸约束、强度约束和抗弯刚度约束 ,使优化后的机身结构不但满足强度要求 ,同时使优化后机翼机身对接接头的抗弯刚度与原准机保持一致 .根据优化理论编制了SAAOP(StructureAnalyzingandOptimizingProgram)程序 ,计算结果表明该程序可应用于大型薄壁机身主要承力框的初步设计中 .

基于综合控制的无人机对地攻击技术研究

研究以无人机为平台,以激光制导导弹为武器的对地攻击技术。应用综合控制技术设计了一种无人机投放激光制导导弹的火力/飞行综合控制结构,由火控模块计算出航向偏差信号,飞控系统根据偏差信号,控制无人机以水平机动的方式完成瞄准;设计控制逻辑,保证无人机在各种条件下完成占位攻击任务;进行了包括无人机六自由度模型、综合控制模块、武器模块和目标模块在内的投弹仿真验证。结果表明无人机能很好地完成对地攻击任务,设计的综合控制结构合理有效。