基于数字信息素的无人机集群频谱监视控制算法

频谱监视对电磁环境的频谱态势掌握至关重要.特别地,用无人机集群作为执行对象,可以提高监视效率,节省大量人力成本.本文针对频谱监视任务,设计了用于评估监视效果的评价函数,提出了一种基于人工势场的数字信息素无人机集群安全控制算法.该算法使用数字信息素矩阵来模拟电磁空间的搜索状态,并通过在集群内的个体之间建立信息素势场以实现自适应的无人机集群分布式航迹规划.周期性的采样和插值解决了未知域的优先级矩阵更新问题,引导无人机优先监视频谱热点区域.不同于已有的基于飞行概率的决策算法,本文算法充分利用了数字信息素所映射的环境信息,可以避免无人机陷入局部状态的重复搜索,适用于动态频谱环境.仿真实验表明本文的决策算法在静态和动态频谱监视场景下均能使评价函数快速收敛,达到较好的监视效果.

基于数字信息素的无人机集群搜索控制方法

研究了无人机集群搜索问题的由来、概念、特点,反应行为机制的重要性以及信息素的应用价值。模拟两种基本的生物信息素,设计了一种基于数字信息素的无人机集群搜索控制方法。从全局决策和单机决策的角度,建立了基于数字信息素的无人机集群搜索分布式决策方法。抽象出所建立的数字信息素模型的主要特征,研究分析了具备此类特征的集群搜索系统的稳定性,并确定了集群边界。仿真结果表明,该方法能够形成稳定的数字信息素闭环,能够和所设计的飞行决策方法结合,使多机呈现出鲜明的集群行为特征,实现无人机集群搜索控制;仿真同时表明,该方法驱动的无人机集群搜索的效率显著优于常规编队模式,这也从侧面证明了无人机集群的搜索能力远高于无人机编队。

教育数字化背景下幼儿园教育面临的机遇与挑战

教育数字化正在改变幼儿教育,给幼儿园带来机遇与挑战。教育数字化可以促进幼儿园教学管理和教育教学水平的提升,助力幼儿园教师专业发展。同时,教育数字化也使幼儿园面临数字技术应用准备不足、数字化应用隐忧、教师职责和师幼关系变化等挑战。教育数字化背景下,幼儿教师需要转变观念,提升自身数字素养和技能,关注幼儿全面发展,幼儿园也应审慎规划和管理人工智能等新技术应用。

GaN基紫外数字像素光电传感器设计与实现

介绍了一种为了获得高速高性能的GaN基紫外数字像素光电传感器的设计和实现。该传感器每个像素单元面积为50μm×50μm,包含一个UV光电探测器,一个1位比较器和一个3 T的存储单元,能同时完成对所有像素的A/D转换。像素内比较器电路中引入了一个自动复位电路用以实现数字相关双采样功能,并可以增加峰值信噪比以及动态范围。电路采用CSMC DPTM 0.5μm CMOS工艺流片实现,初步的功能实验结果验证这一数字传感器能正常工作。

像素级模数转换器研究进展

像素级模数转换器因其独特的集成位置而具有高帧频、大动态范围、低功耗及低噪声等优点,广泛应用于红外、可见光及太赫兹成像等领域。文章介绍了主流像素级模数转换器结构的原理,综述了像素级模数转换器在动态范围、功耗、面积及噪声等性能参数的研究进展,最后分别比较和总结了各改进方向的几种关键技术并做出展望。

基于数字信息素的分布式决策技术

为满足未来电磁作战需求,对无人集群网络、信息交互和自主决策技术进行研究,力求提高无人集群执行任务水平。首先,提出大规模电磁作战集群网络体系架构。然后,为兼顾实时共享与鲁棒决策需求,提出一种基于数字信息素的交互机制。基于该机制,集群能够快速分配资源并开展多项任务。在作战过程中,通过闭环、自适应的在线评估,电磁作战集群能够根据战场态势,智能、实时地改变资源配比,优化作战效能。

面向动态目标搜索与打击的空地协同自主任务分配方法

面向复杂城市环境中的运动目标搜索与打击任务,单域无人平台受视野范围和运动能力等限制,易出现目标遗漏和任务完成率低的问题。针对这些问题,提出一种面向动态目标搜索与打击的空地协同自主任务分配方法,通过结合无人机视野范围广以及无人车机动性强的特点,提升空地无人系统的任务执行效率和区域覆盖率。一方面,针对未知运动目标,提出一种基于数字信息素的目标搜索模型,以平台协同收益和区域覆盖率为优化指标,保证在尽可能短的时间周期内发现区域中的所有目标。另一方面,面向动态到达的打击任务,构建基于可行路径规划的任务分配模型,以平台能耗和任务完成时间为目标函数,在保证任务完成率的同时,提高空地协同系统的资源利用率。与现有方法相比,所提方法能够在最短的时间内发现所有目标,区域覆盖率达到55%以上,且资源利用率为84.4%。实验结果表明,所提方法具备较好的目标搜索和任务执行能力。

带信息素回访机制的多无人机分布式协同目标搜索

为了提高无人机对目标的搜索捕获能力和对不确定度较高的区域的回访能力,进而提高多无人机协同搜索效率,提出了一种带信息素回访机制的多无人机协同目标搜索方法。首先,建立了包含目标存在概率地图、不确定地图和数字信息素地图在内的环境感知地图及其更新机理,使得无人机对任务区域中环境和目标信息的感知更加全面和准确,为无人机在线自主地进行搜索决策奠定基础。其次,考虑到任务子区域的可控回访需求,借鉴信息素"释放-传播-挥发"的特性,设计了基于信息素的网格回访机制,来引导无人机对目标存在可能性较大的区域或者不确定度较高的区域进行回访搜索。最后,设计了基于环境感知地图的协同搜索决策性能指标,在分布式滚动时域优化框架下,建立了多无人机协同搜索决策方法。使用蒙特卡罗方法验证了无人机数量、传感器探测靶面半径、传感器性能对搜索效率的影响。对比仿真表明,信息素回访机制能够保证较强的遍历能力和回访能力,使得无人机能够尽早搜索到更多的目标,尽快地降低整个搜索区域的不确定度。

复杂环境下异构无人机集群协同目标搜索方法

为实现无人机集群高效且精准的多目标搜索,考虑集群成员中探测范围广的高空无人机和机动能力较强的低空无人机,提出了一种新颖的异构无人机集群协同目标搜索方法,根据不同无人机的特性快速实现区域搜索以及多目标的精准搜索。高空无人机采用基于数字信息素的区域搜索算法确定目标存在区域,在较短时间内实现区域覆盖。低空无人机在其指引下前往目标区域,并根据目标信号强度采用改进狼群算法实现对目标的精准搜索。对于传统狼群算法信息共享不足、步长固定和易陷入局部最优的问题,采用粒子群算法、自适应参数调整和差分进化方法进行改进,提高了算法的全局寻优能力和收敛速度。仿真实验证明了所提出的模型与方法在复杂环境下目标搜索任务中的有效性和优越性。

用于数字图像传感器的脉冲宽度调制读出方法研究

为提高数字像素图像传感器的动态范围,提出了一种具有自适应参考电压的脉冲宽度调制读出方法。该方法将像素阵列分成包含相同数目像素的像素块,通过参考电压产生模块使每个像素块的参考电压和像素块内光照强度相关,理论上这种结构能够将数字像素图像传感器的动态范围从48 d B提升至96 d B,实际仿真结果为88.16 d B。分析了像素分块内主要的噪声来源和参考电压产生模块的采样电容引入的偏差。采用65 nm CMOS工艺实现了4×4的像素块电路,在高光强和弱光强条件下分别将电路输出同理论计算值相比较,并分析了产生误差的原因。

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MTPM和DPM的多无人机协同广域目标搜索滚动时域决策

传统的协同搜索决策方法在目标引导和机间协同方面存在不足.研究建立了基于分布概率预测的目标概率图(Target probability map,TPM)初始化方法和基于贝叶斯准则的目标概率图动态更新方法,形成了修正目标概率图(Modified TPM,MTPM)及其运算机理.考虑对任务子区域进行可控回访,定义了数字信息素图(Digital pheromone map,DPM),建立了数字信息素图使用方法及更新机理.设计了基于MTPM和DPM的寻优指标,建立了基于滚动时域控制的协同搜索决策方法(MTPM-DPM-RHC method,MDR).仿真表明:1)MTPM能有效降低对目标的虚警率和漏检率;2)DPM能有效实现对任务区域可控回访;3)MDR方法的遍历能力、重访能力和目标搜索效率均优于已有方法.

通信受限下多无人机协同运动目标搜索

针对搜索问题中的目标通信限制和运动特性,采用连通矩阵建立了无人机通信拓扑结构。基于贝叶斯理论利用多架无人机联合探测信息对目标存在的后验概率进行更新,通过计算目标转移概率密度得到动态时敏目标的预测概率,提高了目标存在概率图的准确性;设计了一种调度信息素,建立了数字信息素图使用方法及更新机理,增强了无人机的协作性。在此基础上设计了合理的UAV协同搜索性能指标函数,最后在分布式模型预测控制框架下对性能指标函数进行优化求解,仿真结果表明两种搜索图能够引导无人机协同搜索,加强了机间合作,提高了搜索效率。

紫外DPS中DA控制器的NiosⅡ-IP核设计与实现

详细介绍了GaN基紫外数字像素探测器(DPS)多通道位串行(MCBS)实现方案中共用DAC设备控制器的自定义IP核的设计和功能实现。文中采用基于嵌入式软核NiosⅡ处理器可编程片上系统(SOPC)设计方法,通过对以12位数模转换芯片TLV5639为控制对象的IP核的仿真和测试,验证了设计的正确性。实验结果表明设计符合性能要求,基于SOPC的IP核设计方法具有较强实用性和通用性。

高帧频384×288长波数字红外焦平面探测器

高帧频红外焦平面探测器在红外武器系统、光谱成像和高速测温中有着重要应用。目前,我国高帧频红外焦平面技术还比较落后,这严重制约着我国高端红外武器装备、光谱成像技术、高速测温仪器的发展。针对高帧频红外成像应用,设计并流片加工了一款384×288面阵、像元间距为25μm的数字读出电路,与长波HgCdTe红外探测器芯片进行倒装互连,形成混合探测器芯片,并封装于金属真空杜瓦中,再配置斯特林制冷机,成功研制出了高帧频384×288长波数字红外探测器组件。经测试,所研制器件最高帧频达到1012 Hz,噪声等效温差(NETD)为16.8 mK,动态范围达到95.2 dB。采用所研制器件成功捕捉到了打火机点火瞬间的红外图像,该图像清晰呈现了火焰产生、迸出的过程,获得了良好的成像效果。

DPS技术——Hyper-D摄像机采用的新技术

Baxall公司的Hyper-D摄像机基于数字像素系统（Digital Pixel System）技术，与目前的传统摄像机相比，可提供更高的质量和更清晰的图像。

摆脱面部图像阴影的困扰

门品监控经常受到图像出现泛白背景和人物面部不清晰、色彩暗等问题的困扰。尽管带有白平衡的背光补偿功能（BLG）可以克服这些困难，但图像仍然不够清晰，且看宽动态功能（Wide-dynamic)一展身手。