无人机飞行控制原型实验设计与实践

针对航空航天类专业课程理论教学与课程实践相结合的需要,对无人机飞行控制系统半实物仿真实验技术进行了研究,设计了无人机半实物仿真实验平台。该实验平台将三轴转台、姿态传感器等作为实物部分,基于Simbox仿真计算机建立无人机飞行控制模型,通过仿真框架软件设计、半实物仿真硬件设备搭建实现无人机姿态控制。该实验平台可应用于无人机飞行控制及科学研究等领域,具有良好的实用价值。

基于注意力机制的航拍图像地面目标旋转检测实验设计

针对无人机航拍图像中目标实例存在遮挡、旋转、尺度变化等情况,该文设计了一种基于注意力机制的旋转目标检测实验设计方案。首先,对开源DOTAv-1.0数据集样本图像进行了图像增强和裁剪,构造二次数据集,使整体实验样本数量提升11.72倍。然后,通过在S2A-Net网络的特征融合网络部分嵌入CBAM注意力机制模块,增强对输入特征空间和通道的有效信息利用率。最后,通过消融实验验证了CBAM模块的有效性,整体性能提升1.3%,对航拍小目标实例small-vehicle的检测精度mAP值由0.402 9提升到0.539 8,提升了34%,检测速率达到24 fps。

多电混合动力与能源管理教学实验平台建设

飞机绿色能源,如太阳能、氢能等多种能源的联合使用是未来能源的发展方向。引入最新的科研成果及仪器设备,提出并部分完成了一套多电混合动力系统及能源管理教学实验平台。设计了基于该实验平台的开放探索型教学实验课程,给出了层层递进式的教学方法。所提出的实验平台和教学方法获得了良好的教学效果,并具有良好的经济效益前景和可拓展性。

太阳能混合动力系统综合实验平台设计与实施

设计了一种以绿色能源无人机动力系统为原型的太阳能混合动力系统综合实验平台,该平台采用被动式能源功率分配结构,加入最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制器,以无刷直流电机作为动力系统负载。还设计开发了电流电压采集模块以及控制记录模块。实验结果表明,该实验平台运行稳定可靠,能较真实的反映无人机动力系统工作过程,具有较高教学价值。

拒止环境下视觉辅助定位与导航技术综述

当前导航系统严重依赖GNSS信号,导致武器系统在拒止环境下无法工作,视觉导航是一种新型的可以替代GNSS的导航方法。通过分析视觉导航的实现方式以及不同传感器方案的适用场景,得出单目视觉SLAM方法适合在野外作战环境提供导航信息的结论。针对单目SLAM算法,分别综述基于滤波器与基于最优化两类算法的研究现状。介绍视觉惯性组合导航的优势与研究发展现状,最后指出视觉组合导航是导航算法完善化、智能化的前进方向。

面向疫情防控的无人机关键技术综述

在国内新型冠状病毒的疫情防控中,无人机及其相关技术发挥了积极的抗疫作用,展现出了巨大的应用潜力。对适用于疫情防控的无人机关键技术进行综述,主要涉及计算机视觉技术、视觉导航技术、混合电动长航时技术,以及机载小型喊话器技术等其它抗疫载荷技术。这些技术对无人机的场景理解、自主导航、续航能力,以及疫情监控效果等具有直接、重要的影响。最后,对所涉及技术的发展现状进行总结,分析相应技术的特点并给出未来的发展趋势,为无人机在疫情防控、紧急灾害救援等任务中的广泛应用指明了技术突破的方向。

基于无人机航拍图像的车道线检测方法综述

无人机在公路巡检、电力巡线等领域中有广泛的应用,对于这类跟踪精度要求较高的特殊任务,通过跟踪车道线确定航迹是提高跟踪精度的有效途径,而车道线检测方法是其关键技术之一。首先介绍基于无人机航拍图像的车道线检测系统发展情况,然后对实现车道线检测的两项核心技术的研究现状进行总结,即车道线边缘特征提取技术和车道线拟合技术。并对传统方法和基于深度学习方法进行比较,分析了现有车道线检测方法适用场景和局限性,最后提出了未来在计算机视觉技术上的发展方向。

燃料电池/锂电池混合能源管理实验平台设计

燃料电池由于动态响应性能较差、功率密度低,需要与锂电池混合使用,用锂电池良好的动态特性弥补燃料电池的不足,因此需要能源管理方法管理能源分配。设计了一种燃料电池与锂电池混合动力能源管理系统综合实验平台,可以进行能源管理方法的教学、开发与测试。平台提供了两种能源管理算法,可以支持教学实验,并为学生自主开发能源管理方法提供了平台。

火箭弹波次协同突防作战研究

针对复杂战场环境下火箭弹突防作战愈发困难的问题,对火箭弹波次协同突防作战原理进行系统综述分析。根据突防作战的特点,从技术突防、战术突防和体系突防三方面对波次协同突防的应用场景和发展现状进行分析,对火箭弹突防概率模型、效能评估方法进行综述,完善突防作战的评价过程,阐述研究重点。在现有研究基础上,对波次协同突防作战的发展方向进行总结与展望,体现火箭弹突防作战研究的必要性,为实现高效突防奠定理论基础。

基于自适应协同注意力机制的航拍密集小目标检测算法

针对无人机航拍目标检测任务中广视野下目标数量多和小目标占比高的问题,提出一种基于自适应协同注意力机制的无人机航拍目标检测算法ACAM-YOLO,在主干网络与特征增强网络部分嵌入自适应协同注意力机制模块(ACAM),ACAM对输入特征沿通道方向切分后分别挖掘空间注意力特征和通道注意力特征,自适应加权成协同注意力权重,增加对输入特征空间和通道的有效信息利用率;为提升检测精度的同时保障检测网络轻量化,对主干网络、特征增强网络和检测头优化设计,使用轻量化主干网络大幅减少参数量同时使用高分辨率特征增强网络保留更多语义特征与细节特征,通过大尺度检测头中数量多且密集的锚框提升定位精度。使用公开数据集VisDrone2019验证,与基线网络6.0版本的YOLOv5目标检测算法相比,ACAM-YOLO的mAP_(0.5)提升11.0%,mAP_(0.95)提升7.8%,同时模型参数减少65.5%,实验证明ACAM-YOLO目标检测网络针对航拍密集小目标检测具有很强的实用性。

航拍图像的路面裂缝识别

针对航拍沥青路面图像识别的噪声和干扰问题,提出一种应用于航拍图像的路面裂缝识别算法。根据路面区域与路旁景观区域灰度级数分布不同,采用多方向拟合的区域生长方法联合HSV颜色空间阈值进行路面区域分割,提取包含完整裂缝信息的单通道路面;再通过改进的形态学滤波剔除面积较大的干扰区域,利用结合显著性分析的边缘检测算法识别路面的裂缝片段,实现复杂裂缝与路面纹理噪声的区分;自动筛选存在裂缝的图像,针对裂缝可疑区域,结合人眼辅助观察标记并计算其长度。结果表明,该算法可有效剔除图像中的噪声和干扰,较好地识别沥青路面的裂缝,裂缝宽度的识别精度能达到9.7mm,分类识别准确率大于80.0%,长度测量准确率大于75.0%。

轻小型太阳能/氢能无人机发展综述

轻小型无人机(UAV)在军民领域都有着广泛的用途,电动无人机由于其振动低、无污染、无排放等优势,已经成为无人机领域的发展热点。为了提高轻小型电动无人机的航时,清洁、高能量密度的太阳能和氢能成为非常可行的技术途径之一。本文总结了轻小型太阳能、氢能无人机的发展历程;梳理了相关的关键技术,并对太阳能、氢能无人机的总体设计方法和能源动力系统的发展进行了较为深入的探讨;最后,展望了该类无人机的发展趋势,并对所面临的挑战进行了预测。

拒止环境下无人系统作战模式及关键技术

自美军将俄、中等国的防御战略命名为"反介入/区域拒止"战略以来,为增强无人系统的作战能力,美军先后启动了一系列作战项目,拒止环境下无人系统作战模式已经成为研究的热点。梳理了美军反制拒止环境的典型项目进展情况,探讨了拒止环境下无人系统的作战模式,从自主协同、抗干扰定位、电子战技术、平台性能等方面分析了其关键技术,分析结果表明无人系统作战的灵活多样性能够对拒止环境造成较大威胁。可为相关领域模式探讨和技术攻关提供一定的参考。

燃料电池无人机发展及关键技术分析

燃料电池无人机是新能源技术与航空科学技术的结合,是未来绿色航空发展的方向。介绍了燃料电池无人机的发展现状;分析了燃料电池无人机设计、制造过程中的关键技术,指出了亟待解决的技术难点,包括高效燃料电池的研制与应用、氢气的储存技术、燃料电池与蓄电池的混合技术及其能量管理控制技术。

基于深度学习的小目标检测研究综述

针对目标检测特别是小目标检测问题,首先梳理了目标检测算法的发展与现状,系统性地总结了基于深度学习的目标检测算法研究进展,从精度和速度方面分析了两阶段及单阶段检测算法的优缺点及检测性能;其次作为参考梳理了小目标检测领域的典型数据集,分析在小目标检测难题上的改进算法,提升检测精度和速度,以及获得二者的平衡,成为小目标检测改进的方向和面临的挑战;最后对基于深度学习的目标检测应用领域做出展望和预测,为小目标检测问题提供了参考。

多无人机航迹规划算法及关键技术

对近几年较为热点的多无人机航迹规划算法按照算法原理进行分类,主要梳理了基于控制理论优化、基于启发信息、基于神经网络、基于人工势场法的四类多无人机航迹规划算法,介绍了相关算法原理,并阐述了各算法在运用当中的优势。根据未来发展,指出了多无人机航迹规划算法亟待解决的技术难点与未来的发展趋势,包括算法的实时在线、算法规模的升级、求解数学模型的完善及算法创新。

低空太阳能无人机研究现状及关键技术研究

针对低空太阳能无人机的发展过程及关键技术瓶颈,综述了该类型无人机的发展现状,分析了低空太阳能无人机的关键技术。指明了适应低空环境的太阳能电池、合理的能源管理策略、高效可靠的推进系统、轻质高效的机体平台,稳定的飞行控制,以及能量最优的航迹规划是未来低空太阳能无人机发展过程需要解决的核心问题。为总体设计阶段提供了必要的参考依据和设计思路。

无人机先进结构复合材料应用及关键技术研究

针对先进结构复合材料在无人机上的应用问题,介绍了先进结构复合材料的分类、基本特性和应用优势,论述了先进结构复合材料在无人机上应用的需求、发展历史和现状。分析结果表明:结构优化设计技术、轻量化制造工艺技术、低成本制造技术和无损维修维护技术等是未来无人机用先进结构复合材料亟待解决的关键技术与问题。分析结果为长航时、功能性、长寿命、经济性等高性能需求的无人机设计提供了参考意见。

倾转旋翼无人机发展现状及关键技术概述

倾转旋翼无人机综合了旋翼机垂直起降和固定翼飞机长航时飞行的优势,是目前无人机领域的研究热点之一。综述了国内外倾转旋翼无人机的发展现状,介绍了具体型号及其参数。对倾转旋翼无人机的总体设计、气动分析、动力学建模、控制器设计等关键技术进行了概述,介绍和分析了其中的重点问题。针对总体设计,强调了考虑多种飞行模式的设计,分析了气动布局、结构设计中的问题;针对气动分析,介绍了旋翼气动建模方法、流场动态分析方法;针对动力学建模,讨论了动力学方程建模和系统辨识建模的方法;针对控制器设计,介绍了倾转角曲线,并对各类控制算法进行概述。最后指出了需要解决的关键技术难题,可为倾转旋翼无人机的研究工作提供借鉴。