基于小型无人机的高精度天线测试方法研究

天线测试对于天线辐射性能的检验至关重要。而当天线的尺寸较大或测试频率较低时,传统的天线测试方法难以满足测试需求。以大型天线测试为研究背景,研究了一种基于小型无人机的天线测试方法,根据测试信道模型获取被测天线的增益方向图。与传统的利用GPS作为无人机的导航信号相比,采用实时差分GPS作为无人机的导航信号,结合几何控制方法精确控制无人机的飞行轨迹,无人机的飞行轨迹偏差小于0.1m。对测试方法进行了试验验证,结果表明采用该方法可以较为准确地测量天线的方向图,增益测试误差小于1dB,具有较高的工程应用价值。

飞翼飞机稳定性与操纵性研究

以某飞翼飞机为例,讨论了典型飞翼飞机的基本操稳特性和动态特性。并对飞翼布局飞机和常规布局飞机的主要气动导数作了对比研究,简要说明了二者在操稳特性上的不同之处及其产生的原因,为控制增稳系统的设计提供了依据。

阻力方向舵在无尾飞机飞行控制中的应用

阻力方向舵在无尾飞机上得到广泛的应用。以一种无尾飞机为例,讨论了阻力方向舵舵效的非线性、耦合性等基本特性,并说明了阻力方向舵张开后对飞机整体的影响。给出了阻力方向舵在无尾飞机航向增稳、空速控制、作为复合舵使用三个方面的应用实例和仿真结果,说明了阻力方向舵在无尾飞机飞行控制应用中存在的一些问题及其解决方法。

基于Simulink的无人机空中地面一体化建模方法研究

为了解决无人机起降阶段滑跑建模问题,提出了基于Simulink的无人机空中地面一体化建模框架和方法。通过气动作用力和地面作用力在力和力矩这一级的综合,实现了无人机六自由度空中、地面建模仿真的无缝衔接;利用Simulink模型线性化技术,得到滑跑线性化模型;还研究了停机状态的建模问题,实现了无人机空中飞行、地面滑跑、停机的全过程仿真。最终,基于某电动无人机给出仿真试验结果说明了该建模方法的有效性。

静态输出反馈控制的一种数值解法

在基于目标函数线性化的序列线性规划矩阵方法(SLPMM)的框架下,研究了线性时不变系统静态输出反馈(SOF)H∞控制问题的数值解法,提出了一种改进的SLPMM算法:通过求解一个LMI特征值问题得到SLPMM算法的初始解,减少了运算的迭代次数,并同时给出了对H∞范数的一个初始估计.文中给出了基于该算法的静态输出反馈H∞控制问题的详细求解步骤,最后用一个飞机纵向控制器的设计实例说明算法的有效性.

Simulink环境下的图像导引仿真技术研究

为了在Simulink仿真环境下生成用于图像导引仿真的虚拟场景图像数据,基于OpenSceneGraph(OSG)三维渲染引擎,研究了Simulink环境下的场景仿真图像生成软件框架、三维场景离屏渲染技术和OSG、Simulink混合编程技术,设计开发了相机驱动模块和图像生成模块,实现了Simulink环境下对机载相机输出图像的模拟,有效地解决了Simulink环境下进行图像导引仿真时的场景图像数据生成问题,从而很大程度上提高了图像导引算法的开发效率。

一种可自动升阶的飞控系统仿真建模方法

针对飞机飞控系统仿真建模研究与开发,提出了一种可自动升阶的仿真建模方法。上述方法是基于Matlab的Model Variants技术实现的,有效地解决了在飞控系统仿真建模研究设计开发过程中,在不同的设计研究阶段需要使用不同的仿真模型来达到不同的仿真目标的问题。比起传统的不断大量修改替换模型的方法,所提方法无需修改模型,只需简单更改初始化脚本文件即可实现,大大地提高了开发效率、标准化程度以及可靠性,同时为飞控系统仿真建模设计开发的平台化提供了技术方案。

基于光流的景象匹配定位算法研究

在景象匹配定位过程中,实时图与参考图常常因为天气、季节不同等原因差别很大,这就造成匹配概率和匹配精度下降。为此,提出了一种基于光流的景象匹配定位算法,它利用光流估计实时图序列中2个相邻帧的相对运动,并根据上1帧的匹配结果确定当前帧图像和参考图的大致位置关系,进而在1个小范围内进行搜索,完成实时图的匹配定位。仿真结果表明该算法不仅具有很高的匹配概率,还具有较好的实时性。

基于Matlab和Vx Works的无人机飞控系统半物理仿真平台研究

介绍了一种新的基于Matlab/RTW(RealTimeWorkshop)和VxWorks实时操作系统的仿真方法,构建了基于Simulink的某型无人机飞控系统仿真模型,可自动生成优化的嵌入式实时仿真代码、在线调整模型参数并监视仿真数据。与传统的手工编写和修改仿真模型代码的方法相比,加速了半物理仿真平台的研制。通过使用该平台对某型无人机飞控系统进行了大量的实时半物理仿真,优化了控制律。

控制分配技术在无尾飞机纵向控制系统中的应用研究

针对现代无人机大多采用多操纵面结构的情况,在控制系统当中采用控制分配技术来合理利用各个操纵面的控制效率,以得到更好的控制效果和能力。首先利用经典控制方法设计出在各个舵面均为正常情况下的基本控制律,以产生整个控制指令;然后设计控制分配器,将整个控制指令合理地分配到各个舵面上。使用控制分配技术在无尾飞机纵向飞控系统当中进行了应用研究,并给出了各个舵面均正常情况和某些舵面故障情况下的仿真结果,证实了使用控制分配技术的有效性。

小型无人机飞控系统软件可靠性设计与建模研究

小型无人机硬件受系统造价及其他因素的影响,不能很好地保证小型无人机系统的整体可靠性,而必须通过软件来补充并提高小型无人机系统的整体可靠性;飞行控制系统作为无人机的核心子系统,它的软件可靠性成为了可靠性保证的重中之重。文中首先论述了某小型无人机飞行控制软件的系统结构以及软件可靠性设计的方法和过程,然后利用白盒测试方法结合修正条件/判定覆盖标准对该软件的可靠性进行了测试;测试过程中,通过设计4组不同的测试用例,检验这些用例所对应的测试路径是否与实际情况相同;实验结果表明,所设计的方法满足软件可靠性测试的需要。

MATLAB和JAVA的混合编程研究与实现

为充分发挥MATLAB和JAVA的优势,提出基于两者的混合编程技术。混合编程的关键是数据传输问题,在此采用接口技术。研究了MATLAB和JAVA在本地环境和网络环境下的混合编程方法,通过多个实例说明两者混合编程的过程和步骤。

地形匹配可信度分析

在利用地形雷达进行地形匹配定位和对惯导系统进行校正的过程中 ,对匹配结果可信度的分析变得非常重要。文中提出了一种基于支持向量机的匹配可信度分析方法 ,它首先在不同地形条件下的一些随机位置生成匹配样本 ,这些样本由反映匹配点地形特征的地形熵 ,以及反映匹配状况的相似度和信噪比组成 ,然后使用这些样本对支持向量机进行分类训练 ,训练好的支持向量机就可以用于其它匹配结果的可信度分析。实验结果表明 96%的误匹配点都能够被检测出来 ,而 93%的正确匹配点都能够被保留下来 ,鉴于通常很高的匹配概率 ,这样的结果已经能够满足实际的需要。

无人机伞降定点回收技术研究

针对无人机伞降定点回收传统方法中存在精度低、鲁棒性差的缺点,总结并研究了需要解决的三个关键问题:机伞系统建模,风场估计和定点回收策略,重点研究了其中的建模问题和控制策略,提出了系统解决方案。在机伞系统建模中,引入了弹性伞绳模型,从而可以正确反映伞降过程中机体姿态和伞绳拉力;在风场估计中,使用卡尔曼滤波进行风速和风向的估计;在回收策略中,着重考虑了对于风场扰动的鲁棒性和回收策略的工程可实现性。在考虑风场不确定性和随机导航误差的情况下,将提出的方案应用于某小型无人机,进行蒙特卡洛仿真试验,得到伞降圆概率误差为8.23m,证明该方案相对于传统方法鲁棒性和回收精度都有大幅提高。

小型无人机控制逻辑建模及仿真

无人机的飞行轨迹具有明显的分段特性,且在各飞行段内其飞行状态和控制方式有明显的区别。针对这一特点,可以通过建立飞行全过程的控制逻辑模型实现对无人机的监控任务。Stateflow是一个基于有限状态机理论的图形化离散事件仿真环境,可以用于控制逻辑建模。利用Stateflow建立了某小型无人机飞行全过程的控制逻辑模型,为无人机的控制逻辑建模提供了新的设计方法。通过对所研究的小型无人机非线性系统模型进行仿真,验证了所建立的控制逻辑模型的正确性。

一种新的小型无人机飞行控制策略研究

针对传统控制策略对小型无人机系统计算能力要求高、结构要求复杂的特点,提出了一种新的控制策略,即只采用角速率陀螺和GPS传感器配置,控制器结构采用两层回路实现(即角速率回路和轨迹控制回路)。利用输出反馈二次调节器设计方法得到了相应的控制器结构参数。最后,通过仿真比较了新控制策略和传统控制策略在轨迹控制过程中的控制效果。仿真结果表明,所提出的控制策略具有与传统控制策略相似的控制效果,但新策略下的控制器结构和系统复杂程度都更简单。

LQG/LTR在无尾无人机跟踪系统设计中的应用

针对无尾无人机跟踪系统的特性,加之所研究的是多输人多输出(MIMO)系统,运用LQG/LTR方法进行控制器的控制律设计;仿真效果通过时域分析和频域奇异值伯德图分析相结合的方式实现,仿真结果表明运用该方法所设计出的控制律具有良好的鲁棒性和解耦性,能够较之经典设计方法更好地完成设计要求,设计步骤清晰;这种方法可以应用于其它控制对象。

一种改进的基于红外传感器的无人机姿态测量方法

红外传感器姿态测量系统具有成本低、体积小、重量轻等优点,但由于大气环境的影响和无人机飞行过程中的噪声干扰使测量得到的姿态角存在较大误差;针对这一问题,采用参数标定和卡尔曼滤波算法理论,结合红外传感器输入输出特性,提出了一种改进方法;通过场地实验获得红外传感器的对地倾角和输出电压的函数关系并对各个参数进行标定;通过推理得到无人机姿态测量算法;采用卡尔曼滤波对红外传感器的输出电压进行滤波去噪来提高测量精度;最后进行了机载飞行实验,将测量的结果与改进前的结果进行对比,精度由原来的±5℃变为±2℃,验证了该改进方法的可行性与正确性。

基于模型的验证与测试技术

基于模型的设计是应对复杂嵌入式控制系统的一种高效的设计方法,它为工程师提供了一种通用的开发和测试平台;其中验证和测试在设计过程和保证产品质量中起着至关重要的作用;文中针对基于模型的设计方法及其测试与验证在实际系统设计中的应用,详细分析并总结了基于模型的验证与测试的各个环节,静态测试、动态测试、宿主机环境下测试与目标机环境下测试,并以某飞行控制系统软件为例进行验证与测试,验证设计是否满足要求。

基于LPV鲁棒输出反馈控制的变形无人机暂态控制律设计

文章研究了LPV鲁棒输出反馈控制技术在变形无人机变形过程的纵向暂态控制中的应用。首先,从理论上研究了LPV鲁棒输出反馈控制问题的求解及解的可实现性问题,然后用雅克比线性化方法建立了飞机的LPV模型,并以变形无人机变形暂态过程中纵向俯仰角保持为例,使用LPV鲁棒输出反馈设计其控制器。结构奇异值分析和蒙特卡洛仿真结果均表明,系统具有很好的鲁棒性和控制性能。最后,对LPV鲁棒输出反馈技术进行了总结,并给出了需要进一步研究的问题。