跨域无人集群协同反潜搜索方法研究

针对海上反潜搜索问题,提出一种将无人艇作为无人机的通信中继的跨域无人集群协同搜索方法,采用数字网格地图表征任务区域,构建了跨域平台的运动学模型;提出了跨域无人系统的协作方法,设计了无人系统之间的分布式信息融合机制;设计了异构平台的搜索目标函数,引导无人系统在搜索任务中实时决策。仿真结果表明:所提方法能够有效适用于文中反潜搜索任务想定,跨域平台之间能够通过优势互补提高搜索效能。

无人机集群对地攻击时空协同控制策略

针对三维战场环境下无人机集群协同对地打击问题,提出了一种基于预设时间收敛的无人机集群时空协同控制方法.首先,对无人机集群对地攻击任务场景及其相关要素进行了分析,并建立了无人机集群、地面运动目标和攻击问题模型.在问题建模的基础上,考虑无人机集群的时空协同策略,设计三维空间无人机集群对地攻击的时空协同控制律.所提出的时空协同控制律能够控制无人机集群在指定的时间内到达期望的攻击位置,实现对地面运动目标的时空协同攻击.通过基于李雅普诺夫函数的理论分析,证明了所提出的控制律能够在预设时间条件下使攻击位置误差变量渐进稳定.仿真结果表明,在地面运动目标转弯运动的情况下,所提出的协同控制律能够实现无人机集群的时空协同,在指定的时间内完成对地面运动目标的多角度协同攻击.

美海军体系化发展无人作战力量研究

无人系统的出现显著改变了现在和未来的作战方式,在世界军事强国中,美海军无人系统处于领先地位,有必要系统研究其无人系统发展。本文借助技术扫描工具,较为全面地梳理了美海军无人系统的战略规划、建设现状、技术发展重点。研究表明,美海军已从顶层战略、装备谱系、任务谱系、组织机构、平台发展、试验演训、作战样式、前沿技术等方面系统布局了无人作战力量发展,故应高度关注美海军无人系统发展动向,及早布局反制措施。

城市物流无人机运输路径规划

针对城市环境下物流无人机运输路径规划问题,结合无人机运行特点和物流配送场景,充分考虑顾客取、寄件需求和配送时间窗要求,建立物流无人机路径规划模型.对模型进行分层处理,利用模拟退火算法求解无人机配送顺序,采用改进A^(*)算法求解各配送点间的飞行路径.结果表明:以运输成本最小为目标具有实际意义,比传统最短路径方案节省3.4%的能耗;通过调节各子目标函数权重系数,可得到不同运输路径,且规划结果取决于物流公司对运输成本的控制及对客户满意度的重视程度;分析算法时长可知,相比传统A^(*)算法,改进A^(*)算法运行时长缩短4.3%,求解效率提高.

基于滚动时域控制的无人机机动博弈决策

针对无人机机动决策计算复杂等问题,研究基于滚动时域控制的无人机机动博弈决策算法。分割无人机空战时间域,将机动决策问题转化成滚动时域控制下的最优控制序列求解问题;确定无人机系统的状态方程,选取机动过程中的控制变量;建立空战机动决策指标函数,计算敌我双方无人机的态势优势值,获得敌我双方无人机机动态势博弈矩阵,求解双方机动博弈决策的纳什均衡解,实现无人机机动博弈决策,并通过仿真实例验证所建模型的可行性和有效性。

小潜深充压式轻质防水耐压舱设计及分析

基于跨介质飞行器对小潜深、轻量化、严密封的综合控制舱的迫切需求,设计了一种充压式复合材料防水耐压舱。通过预先充入2 MPa气体产生内压以抵抗水下200 m附近工作时的外部静水压力,使舱体处于轻微受力状态,最大程度减小舱体壁厚,进而实现轻量化设计。开展舱体纤维铺层角度和铺层厚度等设计,建立有限元模型,对其刚度、强度和稳定性进行校核,并通过5轮充压2 MPa并浸泡、保压48 h测试,验证结构安全性和密封可靠性。设计的3 L容积耐压舱总质量仅390 g,比常规结构减重22.4%。本方法有望为后续跨介质飞行器控制舱设计提供参考。

“低慢小”无人机防御系统的查打协同方案应用

为了克服频谱扫描型无人机侦测器无法在无人机干扰器工作时正常侦测的问题,提出一种引入光电相机进行视觉识别补充并进行实时查打协同的策略。光电相机通过图像识别与位置换算算法,获取无人机基于光电相机的相对位置,同时调动干扰器所在云台转动,控制定向干扰器天线方向始终锁定无人机所在方向,实现精准打击,最终提高无人机防御系统在侦测和干扰黑飞无人机时的整体效率。

基于空中投放平台的无人机集群区域侦察策略

区域侦察是无人机集群重要作战应用之一。针对基于远程空投方式的无人机集群,在任务截止时间内对指定区域进行侦察的航线优化设计问题,提出了一种分块栅格化自规划航线生成策略。利用任务列表集合描述侦察活动进展,并从侦察时间消耗和侦察区域最终占比的角度设计了侦察效果评估指数;通过优化投放点的布设以及动态分割任务区域的方式,使分配给各架无人机的搜索区域大小接近相等;利用邻接栅格可分类特征构建无人机飞行路径步进决策机制,确保逐步生成的侦察航线可自动规避已有路径和区域边界;通过设置距离和能量优势竞争规则为侦察进度较快的无人机增配额外任务量,从而保证了各架无人机最终完成侦察任务的时间相近且无效搜索面积接近于零。

高空无人侦察机生存力仿真研究

文章分析了高空无人侦察机的敏感性、易损性与生存力之间的关系,建立了高空无人侦察机生存力模型。通过仿真对高空无人侦察机生存力及主要影响因素——高空无人侦察机的航路捷径、飞行高度、飞行速度及雷达散射截面积RCS进行了研究。仿真结果表明,高空无人侦察机生存概率随航路捷径的增大、飞行高度的增高、飞行速度的提高及RCS的减缩呈阶梯状增加;而在相同生存概率的条件下,上述的生存力增强措施均能增加高空无人侦察机的突防距离。

复杂低空物流无人机路径规划

针对复杂低空物流无人机路径规划问题,考虑空域环境、运输任务等内外限制,以飞行时间、能耗及危险度最小为目标函数,建立多限制条件物流无人机路径规划模型,设计启发算法以快速解算路径。采用栅格法对规划环境表征,引入物流无人机性能约束确保路径可飞。针对A^*算法存在的问题及物流无人机航空运输特色,引入栅格危险度因子、货物质量惩罚系数,增加飞行时间、能耗等代价以提升避障能力、降低成本。为匹配所提启发算法解算效率与精度,采用动态加权法对函数赋权。为筛除冗余路径点及保证平稳飞行,采用双向交叉判断法等对原路径优化平滑。为验证所提路径规划模型及启发算法的有效性,对比4种算法规划结果,分析栅格粒度大小与代价权重值对结果的影响。在既定的运输环境及物流无人机性能约束下,研究结果表明:所提算法与A^*算法相比,保证了物流无人机飞行安全、能耗少,将飞行时间由406 s降至386 s,降低了5%;飞行路径点数为129个、栅格危险度因子为11.69,降低了姿态改变次数,保证了运输安全;当栅格粒度大小为5 m,代价权重值为0.4、0.1、0.5时,采用所提算法规划的路径最佳。

多基地多无人机协同侦察问题研究

充分考虑侦察目标的侦察分辨率要求和侦察时间窗约束,以及位于不同基地的无人机(UAV)的侦察性能和可用数目,首次建立了更加贴近军事应用实际的多基地多UAV协同侦察问题(M-MUCRP)的数学模型,并提出了解决该模型的多基地多UAV协同侦察进化算法(M-MUCREA)。M-MUCREA的染色体数据结构有效地表达了问题的解,有利于交叉、变异等进化操作;充分利用与目标侦察分辨率要求以及目标位置和时间窗约束相关的启发信息,构造初始种群,避免进化过程收敛太慢;基于Pareto最优概念的选择算子确保解在多个目标上的有效优化;精英策略避免了丢失进化过程中产生的非劣解,加快算法收敛;变异和交叉算子在保证有效解的前提下,实现了解的多样性,避免了算法陷入局部最优。仿真实验验证了算法能够有效解决M-MUCRP。

联翼高空长航时无人机总体布局设计研究

针对高空长航时无人机的设计要求和联翼布局在气动、结构、操稳特性等方面的特点,对联翼高空长航时无人机总体布局设计中的一些问题进行了总结和分析,在机翼、控制面、机身-进气道-发动机以及起落架布置等方面提供了设计思路,研究结果可用于相关方案的概念设计。

自卫干扰对无人机敏感性的影响研究

研究了单架无人机在突防地空导弹系统的过程中,自卫干扰对无人机敏感性的影响,分析了自卫干扰在敏感性各个环节的作用,仿真分析了平均干扰功率对无人机最小暴露半径、被探测到的概率、脱靶距离及被击中概率的影响。仿真结果表明,使用自卫干扰技术能有效地降低无人机的敏感性,从而提高其作战生存力。研究结果可为无人机敏感性评估、生存力增强措施的研究及雷达探测系统的效能评估提供一定的依据。

未知区域中四旋翼无人机集群协同搜索与围捕算法

四旋翼无人机集群可以被用来进行区域侦察,以建立对环境与兴趣目标的认知。为四旋翼无人机集群提出一种分布式协同搜索算法和动态目标包围技术,以解决在未探测区域定位和监测目标中所遇到的挑战。为降低所提算法的复杂度,通过栅格划分方法将任务区域划分为2级栅格子区域。考虑到动态目标的随机性,设计一种数字信息素来引导多无人机对任务区域进行2次搜索,并以快速搜索到目标为奖励函数,通过滚动优化决策得到最优解作为无人机的输入。然后,基于一致性协议设计一种多无人机协同跟踪与围捕协议,以获取动态目标的实时信息。数个仿真结果与室外飞行实验验证了所提算法能够使四旋翼无人机对未知区域中动态目标进行有效搜索与动态监视。

基于IOCAD的无人机避障路径规划

针对复杂密集不规则障碍物环境下无人机路径规划问题,采用不规则障碍物预处理方法,建立障碍物避碰检测模型,并设计了基于不规则障碍物避碰检测(irregular obstacles collision-avoidance detection,IOCAD)的无人机路径规划算法。该算法以栅格法规划环境建模为基础,采用粗糙集思想、凸化填充法等对障碍物进行预处理,并利用射线法筛选出环境中可飞路径点,以障碍物到飞行路径距离最小为目标函数,对可飞路径段和障碍物进行相交检测与距离检测,解算出不规则障碍物环境下无人机路径。在既定的路径规划环境及无人机性能约束下,仿真结果表明:该算法能快速规划出对应避障路径,且栅格粒度大小、安全裕度值的设置对算法性能有明显影响;当栅格粒度为0.5 km,安全裕度为0.4 km时,可显著缩短航程并有效减少路径点数,验证了该算法的有效性。

无人机单载荷目标检测及定位联合实现方法

低成本是无人机集群的重要属性,针对传统无人机目标定位技术要求光电平台必须配备激光测距仪的局限性,提出了不依赖激光测距信息的目标检测与定位联合实现方法。首先,采用基于深度学习的目标检测网络对无人机航拍影像进行目标检测,获取图像坐标系下的目标位置信息;其次,根据无人机飞行相对高度、光电平台参数、图像中目标位置等信息计算载机坐标系下的目标坐标;然后,将载机坐标系下的目标位置转换为WGS-84坐标系下的经纬信息;最后,通过无人机实飞验证了所提方法的有效性。实飞结果证明,所提方法能够在不依赖激光测距仪的条件下有效完成目标定位任务,为无人机集群低成本化提供了技术支撑。

复杂对抗条件下反辐射无人机作战效能分析

在研究反辐射无人机对地攻击的各重要环节的基础上,建立了反辐射无人机作战效能评估模型,分析了火力对抗对反辐射无人机突防概率的影响,详细阐述了电子对抗的方式及作用原理,对实施电子对抗对反辐射无人机命中毁伤概率的影响进行了定量评估,得出了反辐射无人机的作战效能与火力和电子对抗的关系。算例分析表明,火力和电子对抗是降低反辐射无人机作战效能的重要因素,二者联合作用可使其作战效能迅速下降。

紧凑型四反射镜光学系统设计

离轴四反射镜较之于TMA系统,可更好地满足无人侦察机对于光学系统小型化、轻量化的需求。给出了一种基于赛德尔像差理论的四反射镜光学系统的设计方法。依据该方法,设计了一个焦距1000 mm,视场1.6°,相对孔径为F/5的光学系统。系统结构紧凑,成像质量接近衍射极限,具有长焦距和良好的杂散光抑制能力,体现了四反射镜系统的优势,证明了该理论的可行性与实用性。

基于GIS的无人机地面测控系统设计与实现

为满足无人机飞行实时监测和控制的要求,在Windows平台下,嵌入GIS(地理信息系统),设计了一套地面测控系统,实现了导航参数实时获取、飞行航迹实时显示、参数在线调整、航迹规划与回显、数据纪录与分析等功能。实际联调表明,该系统运行可靠稳定,直观、方便地实现了航迹信息的管理,具有一定的实用性和推广价值。

某型无人机下行信号传输弱区分析及解决措施

针对某型无人机在使用过程中存在的下行信号传输中的弱区问题,分析弱区的形成机理与近似计算,在此基础上提出克服弱区的方法和措施。