无人机系统安全性综述

近年来,无人机越来越受欢迎,无人机在军事、农业、交通运输、电影、供应链和监控等各个行业都有着巨大的潜力。尽管无人机给人们提供了种种便利,但如今与无人机相关的安全事件却层出不穷。恶意方可能对无人机进行攻击,并利用无人机进行危及生命的活动。因此,世界各国政府已经开始规范无人机的使用。无人机需要一种智能和自动化的防御机制,以确保人类、财产和无人机本身的安全。而无人机操作系统防护是防止入侵攻击的一个重要部分。首先,对无人机结构进行了简要介绍;然后,研究了用于消费和商用无人机的现有操作系统的安全性。最后,调查了无人机操作系统的各种安全问题和可能的解决方案。

考虑信息年龄的无人机辅助智能交通系统计算卸载优化

该文考虑无人机(UAV)交通监测与移动边缘计算(MEC)技术结合的智能交通系统。为了保障系统中数据时效性并且降低系统能耗,提出计及信息年龄(AoI)的UAV计算卸载优化方法。首先,建立UAV辅助的MEC系统模型,允许MEC服务器缓存常用的应用程序并为UAV提供计算卸载,以支持UAV执行交通监测任务。通过联合优化UAV任务卸载决策、UAV上下行通信带宽分配以及被卸载任务的计算资源分配,最小化所有UAV与MEC服务器的总能耗,同时满足AoI与资源容量等约束条件。其次,系统能耗最小化问题是混合整数非凸优化问题,因此采用离散化和线性化手段,快速获得问题的近似最优解,并设计离散点生成算法来调节近似误差。最后,仿真结果表明,即使对于大型的非凸问题,所提方法也能够快速得到近似最优解,并且可以在不同的任务场景中满足AoI等约束条件,最大限度降低系统能耗。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于改进经验模态分解的无人机机电系统战伤状态评估方法研究

针对无人机机电系统结构内部战伤状态评估问题,提出了基于改进经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的战伤状态评估参数设计方案。首先分析了无人机机电系统典型战伤模式及损伤机理,提出了基于状态参数深层分析的状态评估方案;其次考虑到EMD端点效应对机电系统战伤状态评估带来不利影响,提出了基于多项式拟合延拓的EMD改进方案,基于改进EMD综合奇异值熵理论,构建了机电系统战伤状态评估参数设计方法。最后开展了仿真数值算例研究,结果表明本文所提能够有效的无人机机电系统战伤状态评估结论。

无人机稳像系统研究综述

针对无人机在飞行过程中会受到机身或环境的影响而造成航拍设备的抖动,对面向无人机平台的稳像系统进行分析。在简要介绍研究背景的基础上,主要从机械稳像和电子稳像2方面进行展开,系统介绍国内外研究现状和多种典型的稳像算法,分析无人机稳像系统未来可能发展的研究方向。结果表明,该研究对无人机航拍图像的增稳及不同场景下稳像方法的选取具有一定的指导作用。

基于无人机集群的综合一体化告警自卫系统设计

现代战争中,无人机已经成为各大军事强国的重要武器装备之一,可被应用于侦察、目标探测、情报搜集、攻击等多种作战任务中,无人机集群作为无人机发展的新方向,具有作用范围大、灵活性强、战术使用多样化等优点,能够更好地完成在复杂战场环境下的各种任务,大大提高了作战效能。传统的机载告警自卫系统功能较为单一,且智能化程度不够高,极大地限制了载机的作战能力和任务执行能力,并不能满足无人机集群的应用设想。文中基于当前无人机集群的应用方式和环境,提出一种多功能综合一体化的告警自卫系统设计架构,在满足传统告警功能的基础上额外增加了智能化和侦察对抗一体化的功能,并在硬件模块上做了一定的优化调整,基本上可以满足无人机集群的应用规划和设想。

基于KNN神经网络的无人机作业操控系统研究

为进一步提升我国农业植保无人机的精准作业效率,针对其操控系统展开优化研究。选定KNN神经网络算法为执行理念,以无人机作业控制原理为基础,搭建正确的过程参数动态计算模型,进行操控系统的算法实现与调控配置,并展开基于KNN神经网络的无人机喷施作业试验。试验结果表明:KNN神经网络算法下的无人机操控系统运行稳定,过程参数的分类准确率相对提高了8.00%,目标喷施流量与试验喷施流量的偏差率相对降低了5.71%,农药喷施均匀度可提升至94.75%,整机作业综合效率明显提升。此设计理念以计算机智能数据处理为出发点,对无人机的高效率全面发挥有一定的推动作用,可用于类似智能农机装备的控制系统改进与开发,具有一定的参考价值。

无人机电静液起落架收放及刹车系统仿真研究

无人机起落架收放及刹车系统在无人机的起飞、降落和刹车的过程中发挥着至关重要的作用,随着无人机飞行条件和要求的日益严苛,传统的液压系统已经无法满足需要。根据电静液作动器的工作原理,设计一款无人机起落架收放和刹车功能一体化的电静液系统,将改进的PID控制方式运用到起落架收放的控制中,并且设计两种模糊PID控制方式运用于防滑刹车功能中,在此基础上进行基于AMESim和MATLAB/Simulink的联合仿真用于验证系统性能,并对仿真结果进行对比分析。结果表明:模糊PID控制方式控制效果良好,能够有效地改善无人机起落架收放和刹车过程的稳定性,使得起落架收放更安全,刹车效率更高。

基于小型无人机的航磁测量系统研发及试验应用

高精度磁力仪是观测地磁场的基本仪器,也是开展高精度磁法测量的核心装备,广泛应用于放射性矿产勘查、多金属矿产勘查以及基础地质调查等领域。为实现在无人机平台上搭载高精度磁力仪开展航空磁测,满足铀资源及多金属等综合矿产勘查的需求,提高空白区和低工作程度区铀资源勘查效率,提出了一种基于FPGA芯片和STM32单片机的高精度磁数据采集系统设计方案,突破了高精度测频和数据采集系统小型化等关键技术,实现了设备小型化和低功耗。通过设计整形电路和FPGA内部基于多通道时间内插法的测频算法,实现了拉莫尔频率的高精度测量,进而得到了高精度的磁场数据;通过设计信号分压电路和24位A/D转换电路实现了磁通门三分量数据的高精度采集。基于STM32单片机实现对磁总场、三分量及辅助测量数据的采集和存储。经测试,该数据采集系统可实现15000~105000 nT磁总场数据和-100000~100000 nT三分量数据的采集。设计了小型集成化的磁数据采集系统机箱,对数据采集板、电源板和数据接口进行了系统集成,该系统和国外商业化产品相比,体积减小了45%,重量减小了71%,功耗降低了51%。在黑龙江某地区开展了试验飞行,磁静态噪声为0.004 nT,航磁动态噪声一级资料占比95.88%,数据质量可靠,满足基于小载荷无人机平台开展高精度磁测的需求,可为今后开展高精度磁测提供技术装备。

基于扩张状态观测器的无人机云台系统控制算法

针对无人机(UAV)三轴云台增稳控制中变量耦合的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的无人机云台系统控制算法。首先,建立了无人机机载云台期望角的姿态解算算法模型;其次,构建了无人机机载云台位置环和速度环的串级比例-积分-微分(PID)控制回路;最后,引入ESO对机载云台角速度项在线实时估计,解决角速度项由于高耦合、多外扰导致的难以直接测量的问题,并对各通道的控制输入进行补偿。实验结果表明,所提算法在无指令、有指令和综合任务场景下的角度均方根误差分别为0.2357°、0.6317°和0.9463°,与传统PID算法相比,所提算法的角度误差分别降低了69.43%、53.29%和50.43%。可见,所提算法对外界扰动的抗干扰能力更强,控制精度更高。

Ka频段全机动综合测控系统无人机标校设计与应用

任务前的系统标校和跟踪验证是Ka频段全机动综合测控系统需要完成的重要工作。Ka频段全机动综合测控系统机动性强,同时支持陆地机动测控和海上测控需求。系统布站位置灵活,布站地无标校塔,无法采用传统固定标校塔方法进行系统标校和跟踪验证。无人机平台机动灵活,搭载Ka频段信标机和校零变频器设备后,不仅可用于完成Ka频段全机动综合测控系统静态情况下的校相、距离校零和跟踪验证工作,还可满足系统机动测控情况下的跟踪验证需求。本文设计了无人机测试标校系统,满足Ka频段全机动综合测控系统在任意布站位置展开标校和跟踪验证工作,并进行了机动情况下的测控跟踪验证。经实测,“动中测”的测量精度满足要求,为机动型测控系统提供了一种新的跟踪验证手段,具有良好的应用前景。

利用正射影像立体像对的无人机测图系统

利用无人机影像通过传统立体像对模型测图时需要频繁切换像对,将无人机影像制作为实景三维模型测图时则需频繁平移、缩放和旋转模型,两种方式都存在效率低的问题。正射影像立体像对可将成百上千个立体像对的左右片各自无缝拼接起来,形成覆盖超大范围的立体像对。开发了基于正射影像立体像对的无人机测图系统,作业模式与传统立体像对相似,但避免了像对切换,提高了作业效率。在多个项目中开展了1∶2000测图实验,该系统平面精度约为0.2 m,高程精度为0.2~0.4 m。

基于云计算的无人机输电线路架空地线断股故障修复系统

为有效提升输电线路的安全性,本文设计了基于云计算的无人机输电线路架空地线断股故障修复系统。在硬件方面,对无人机控制器和图像处理模块进行了电路设计;在软件方面,分析了地线断股的原因,使用无人机对输电线路进行故障定位,并建立了云计算平台,以实现无人机输电线路架空地线断股故障的修复。通过对比试验证明了系统的先进性,试验结果表明,该系统修复地线断股所用时间更短,系统性能更优越。

基于深度学习的植保无人机识别系统应用研究

针对人工识别病虫害种类并定位的方法精度低、速度慢且人工成本巨大的问题,基于深度学习对植保无人机的识别系统应用进行研究。该识别系统主要包括3层,分别是感知层、传输层和应用层。为使植保无人机能够准确地识别病虫害种类并定位,采用深度学习算法进行人工智能识别,并对卷积神经网络和识别的评价指标进行了设计。为验证该识别系统的性能,进行了训练和测试试验及系统在其他数据集的测试试验。试验结果表明:系统的病害识别率较高,且具有良好的可移植性。

基于无人机遥感通信农业种植数测量系统设计

为了快速且准确地获取农业种植数量信息,基于无人机遥感通信技术对农业种植数测量系统进行了设计。系统主要由无人机飞行平台、飞行控制系统、遥感设备、地面监控站、无线电通讯系统和数据处理系统等几部分组成。对遥感图像信息的颜色和纹理特征的提取方式进行设计,并采用支持向量机(SVM)对种植数进行计算,使系统可以准确测量农业种植数。为了验证测量系统的性能,对其进行种植数测量试验,结果表明:系统对样本点统计的精度较高,可以用于大面积农作物种植数的测量。

系留无人机系统冲击张力实验研究

系留无人机中缆绳的松弛-张紧变化可能会产生冲击张力,导致缆绳断裂和无人机失控坠毁,对于该冲击张力现象亟待实验研究.为此,在风洞中开展了系留无人机系统冲击张力实验,通过分析不同结构和环境参数下系留无人机系统动力学响应数据,揭示冲击张力的变化规律.依据光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器可受拉受压的测试特点,提出判断缆绳松弛-张紧的准则.通过分析缆绳松弛-张紧随位置的分布图发现,随着缆绳长度减小、直径减小或风速增大,发生松弛-张紧的位置会减少或消失.测试了缆绳长度、直径和环境风速对冲击张力的影响,结果发现,缆绳长度越长、缆绳直径越大、环境风速越大,缆绳张力也越大.同时发现,张力在缆绳与无人机的连接点达到最大,该张力作用会影响无人机的稳定运动,不利于系统的正常工作及安全飞行.在实际需求前提下,在结构设计时可选用长度较小或直径较小或抗拉强度较大的缆绳,同时对缆绳和无人机的连接点加强保护,从而确保系统的稳定性和安全性.

基于YOLOv3和ROS系统的无人机距离检测

针对于公共卫生安全人与人之间接触密集的问题,提出了利用无人机进行人群间检测距离的方法。结合YOLOv3算法和ROS技术,通过无人机上单目摄像头传回的画面,实现了人群间距离检测功能。同时,借助三角形相似法辅助修正空间中距离的计算,大大提高了模型检测的准确性,平均准确率达到90.3%。实验结果表明,该算法在精度和实时性能方面均取得了较好的表现,模型拥有良好的目标距离检测能力,可以有效避免人员聚集和安全隐患。此研究具有广泛的应用前景,能够在卫生防控、公共安全和城市管理等领域发挥积极作用。

国内外无人机系统研究进展及应用

随着人工智能和无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技术的深度融合,UAV已成为现代战争中的一把利器,各大军事强国均在竞相研发,力求在未来战争中占据制高点。概述了美国、中国、俄罗斯、英国和以色列等军事强国正在发展的UAV系统现状,总结了其最新研究进展和典型成果;在此基础上,从6个不同方面介绍了UAV系统作战所需的关键技术,并结合近年多场局部冲突中的UAV实战应用,梳理了其典型应用场景。旨在为UAV技术发展以及应用落地提供参考。

基于无人机平台的智慧农业系统研究与应用

智慧农业是利用数字技术、数据分析和人工智能等先进技术手段,对农业生产进行精细化管理和智能化决策的一种新型农业生产模式。它可以通过实时监测、预测和调控土壤、气象、水文、植物生长情况等各方面信息,为农业生产提供高效、经济、环保的解决方案。无人机的应用给智慧农业发展带来了巨大推力,既可提高农业工作的效率、降低成本,同时也为智慧农业更加智能化、精细化提供了必要的技术支持。因此,课题组通过分析基于无人机平台的智慧农业发展现状,剖析无人机在智慧农业中的应用优势和应用场景,重点对数据获取端的数据感知系统功能、农业植保无人机任务载荷系统功能、农业植保无人机和农情监测无人机选型进行了详细论述。

基于D2D通信系统的无人机辅助物联网保密通信频谱共享方法

保密通信作为物联网安全的一项核心技术近些年受到了广泛关注。无人机(UAV)由于其高机动和灵活部署等特性,被认为是提高物联网通信安全的有力手段。针对当前物联网中UAV辅助保密通信频谱利用率问题,研究了UAV和地面设备到设备(Device-to-Device, D2D)通信系统频谱共享的系统保密容量最大化,提出了一种基于块坐标下降(Block Coordinate Descent, BCD)法的频谱共享算法,该算法通过联合优化系统中发送方(UAV和地面设备对)的传输功率和无人机轨迹,在确保地面设备对和UAV能够共存的情况下最大化接收方的保密容量。具体来说,该算法通过差分凸规划(Difference of Two Convex Functions, DC)方法优化固定轨迹下的系统功率,利用连续凸优化方法解决给定发射功率的UAV轨迹优化问题。仿真结果表明,所提方法在多种参数配置下都能有效提高系统的保密容量,并且和其他算法相比有更低的功率消耗。

基于GNSS-RTK定位的无人机L波段探空系统标定方法

随着我国北斗卫星导航探空观测系统升级换代工作逐步推进,降低L波段探空系统测风数据差异的需求尤为迫切。利用无人机GNSS-RTK定位信息研究新的标定方法,相较传统标定手段,避免人为因素干扰、极大的降低测量误差,新的标定方法更加科学有效,对保证测风数据的有效性,提高高空气象观测数据质量具有重要应用意义。