基于RRT的无人机动态航路规划算法

针对传统航路规划算法存在速度慢、航路可飞性差、动态调整能力不足的问题,提出一种基于改进快速扩展随机树(Rapidly Exploring Random Tree,RRT)的无人机动态航路规划算法。首先,引入RRT方法进行全局航路规划,同时为加快算法收敛,在随机树待扩展节点的选取上引入目标启发信息,并在新节点生成和添加过程中融入无人机动力学约束,确保生成的航路具有现实可飞性;其次,为了应对突发威胁情况,提出一种动态扩展随机树的方法来对原有随机树进行剪枝和重构,进而快速避开威胁,生成一条安全航路。实验结果表明,相较于传统RRT算法,改进算法的规划速度提升约20%,节点扩展数减少32%,且规划所得航路符合无人机基本动力学约束条件;当面对突发威胁时,其可以快速进行航路动态调整,实现航路重规划。

基于改进RRT算法的快速路径规划

针对快速扩展随机树(RRT)算法在路径规划时,存在速度慢、内存计算大的问题,提出一种目标启发扩展策略的改进RRT算法。首先,将节点距目标点以及距随机采样点两者距离之和的最小值作为待扩展节点的选取依据,以此来增加随机树上靠近目标处节点被选取作为待扩展节点的概率;其次,优先尝试目标方向扩展,一旦尝试失败则进行随机扩展,进而在增强算法目标收敛性同时,也确保在遇到障碍物威胁时算法亦能保持较大随机性;同时对初始路径进行冗余点裁剪后的路径进行B样条曲线平滑改善路径质量。仿真结果表明:改进策略具有明显提高路径规划速度以及减少算法内存计算量的优势。

无人机成像侦察段航路规划算法

针对无人机在进行倾斜成像侦察时航路容易越过安全界线及目标常被地形遮挡等问题,提出一种基于界线拐点的无人机侦察段航路规划算法。首先,分析了无人机搭载倾斜成像载荷对目标实施侦察过程中的航路飞行特征及相关约束;为使无人机在侦察时尽量靠近目标,优先将距目标较近的界线拐点作为参照点建立航路搜索区域,并根据侦察段航路特点,将该区域离散成多条潜在航路;通过构造封闭多边形将航路点越界问题转换为点是否处于多边形内部的平面几何问题,运用射线法判定;最后提出一种基于高程约束的方法来检测航路点与目标是否通视。仿真结果表明,本文算法规划得到的侦察段航路既满足任务区域的界线约束又能在成像时避开地形对目标的遮挡,具有较好的侦察成像效果。

电磁炮作为无人机武器系统的设计原理

本文在分析了目前电磁武器的发展现状的基础上,自行设计出一套小型化的电磁炮系统,并将其应用于四旋翼无人机上。并在四旋翼无人机的前方安装多功能的摄像头模块,实现四旋翼无人机对周围环境的侦察、监控。在此基础上,设计自动化控制的程序,使得四旋翼无人机的监控系统、武器系统和四旋翼无人机的运动状态完全一体化。最终达到当摄像头模块一旦发现敌方目标,就自动引导四旋翼无人机飞向目标并使电磁炮对准目标,之后立即立即启动电磁炮进行发射,从而实现对敌方目标进行准确识别和精确打击。整个四旋翼飞机将完全实现攻监控一体化,大大地提高了四旋翼无人机的作战性能和战场存活率,使四旋翼无人机的应用更加广泛。同时也开发出电磁炮这种高新武器的一种应用途径,必将大大促进电磁武器的快速发展。

航空滤光片阵列多光谱图像曲面拟合双阈值配准

图像配准过程中,匹配点位置精度是决定图像配准精度的关键。本文针对航空滤光片阵列多光谱图像因各谱段间存在像点位移而使误匹配点剔除比较困难的问题,提出了一种基于匹配点位置差曲面拟合双阈值剔除方法。首先,选取多光谱中间波段图像作为基准图像,利用SIFT算法分别提取基准图像和待配准图像的匹配点;其次,在基准图像匹配点处逐点计算两波段图像匹配点的位置差,构建匹配点Delaunay三角网,利用IDW(反距离加权)算法拟合整幅图像位置差曲面;然后,对位置差曲面进行平滑处理,再分别向上向下平移一定容差范围,构成位置差三维阈值空间;最后,利用位置差三维阈值空间筛选出精确匹配点,并完成图像配准工作。理论分析与实验结果表明:该方法可以有效筛选出航空滤光片阵列多光谱图像高精度匹配点,进而有效提高多光谱图像配准的精度。