水面无人艇自主跟踪系统设计

基于国内的研究主要集中在单艇作业的系统设计及控制算法上,为了使无人艇能够实现自主跟踪领航船,与领航船实现多艇协同作业的功能,从系统体系构架、控制流程等方面分别对控制系统进行设计。试验结果显示:设计的跟踪系统能够实现自主跟踪的功能。

多传感器自主跟踪中的数据融合方法

为了提高光电跟踪系统的稳定性和自主跟踪能力,对多传感器数据融合算法和数据的有效性估计进行研究,提出一种多传感器自主跟踪算法。首先按照统计学方法,实时估计各传感器数据的误差协方差。然后按照均方误差最小准则,对各路数据进行融合。将最小二乘多项式拟合法和记忆衰减因子应用到误差协方差估计中,提高了融合结果的可信度。最后,提出一种多传感器跟踪数据切换策略,自动选择有效传感器数据中置信度最高、跟踪效果最优的一路数据,从而实现自主稳定跟踪的目的。实验结果表明,使用改进后的数据融合算法比原始方法的最终传感器选择结果正确率提高37.5%左右。在几种典型的传感器数据异常情况下,该数据融合算法和多路数据切换策略能够完成自主跟踪的目的。

中压直挂光伏发电系统模块间电压–功率自主跟踪控制方法研究

中压直挂光伏发电系统不需要工频升压变压器和无功补偿装置,无夜间损耗,近年来受到广泛关注。大量光伏组串经隔离型直流变换器输出串联汇集,再通过模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)换流器并网送出功率,形成两级式中压直挂光伏发电拓扑。该拓扑运行效率高,但各光伏组串最大功率点追踪(maximum power point tracking,MPPT)控制较为困难。把隔离型直流变换器输入侧并联,并在光伏组串与隔离型直流变换器间插入MPPT变换器,有利于MPPT控制,但增加系统损耗。面向两级功率变换式中压直挂光伏发电系统,提出隔离变换器的模块间电压-功率自主跟踪控制方法,使变换器在实现各光伏组串最大功率点追踪控制的同时,不经过通信和闭环控制就可以实现各功率模块输出电压自动分配,从而可以减少功率变换层级,提高运行效率和鲁棒性。仿真分析和小功率实验结果验证所提模块间功率控制策略的有效性。

基于自适应模糊PID控制的四旋翼飞行器的自主跟踪

为了提高四旋翼飞行器控制系统的动态性能和工作效率,研究了自适应模糊PID控制。目前在实际应用中,四旋翼的控制算法主要采用经典PID算法和模糊控制算法,然而经典PID算法,系统容易超调,动态性能较差;模糊控制算法,系统的稳态误差难以消除,工作效率不高。为此采用了经典PID与模糊控制的分段策略,提出了一种新的控制算法:当误差较大时,为提高系统的动态性能,控制器选取模糊控制算法;当误差较小时,为减小稳态误差,提高工作效率,选取经典PID算法。完成了悬停飞行实验,对自适应模糊PID、模糊控制和经典PID三种控制算法进行性能对比,结果表明自适应模糊PID算法能有效解决上述问题。采用自适应模糊PID算法完成了自主跟踪实验,将该算法成功应用到导航制导领域。

面向飞机蒙皮对缝的移动机器人自主跟踪方法

提出一种面向飞机蒙皮对缝的移动机器人自主跟踪方法,用以解决大型蒙皮上表面装配对缝的自动化测量问题。移动机器人包括对缝测量模块和运动控制模块,对缝测量模块在测量对缝间隙阶差的同时得到机器人相对于对缝的位姿,运动控制模块控制机器人自主调姿。基于双线结构光与对缝的相对位置关系,提出机器人在不同情况下的自主调姿方法,解决了机器人在运动过程中与对缝产生偏差时的自主调姿问题。通过试验表明移动机器人对缝自主跟踪的位置误差为5.81mm,角度误差为3.52°。

图像末制导中的目标自主跟踪

在图像末制导中，要求目标一定要位于摄像机的视场。如果由于某种原因，目标有运动出摄像机视场的趋势时，就要及时调整摄像机，使目标回到摄像机视场。摄像机自主调整，跟踪目标的方法在本文中作了研究。

空间非合作目标近程自主跟踪的全局鲁棒最优滑模控制研究

对空间非合作目标的近程自主跟踪过程中目标可能会由于不确定原因出现轨道变动时的近程自主跟踪控制问题进行了研究,提出了一种全局鲁棒最优滑模控制器方法。针对空间非合作目标自主跟踪问题的标称系统,由基于无限时域的二次型性能指标的最优控制理论,获得最优调节器,再构造一个积分滑模面,使系统开始即在滑模面上,消除了传统滑动模态中的趋近模态,并使控制系统滑动模态与对应标称系统的最优动态有相同的形式,则滑动模态亦是渐近稳定的,且具有完全的鲁棒性;为保证滑动模态的存在,设计了滑模变结构控制器。该方法吸取了最优控制和滑模控制的优点,可在优化燃耗的同时满足全局鲁棒稳定性。仿真分析结果表明:用该法可实现对空间非合作目标轨道变动时的自主稳定跟踪,保证跟踪的精度。

利用天体特征和恒星自主跟踪技术(AFAST)创建自主航天器

本文介绍建造自主航天器所必须的AFAST技术,这是探测太阳系天体的自主航天器所需掌握的一项关键技术。文中针对几种可能的飞行任务方案提出了构成AFAST系统的结构体系和信息处理要求。重点介绍天体特征的识别技术,这种识别技术对AFAST的重大意义,以及AFAST的当前技术状态。

弱通信条件下USV对AUV的自主跟踪控制研究

为实现弱通信条件下对AUV的无人跟踪,提出了一种利用USV自主跟踪AUV的方法.通过USV与AUV之间水声通信,USV导航单元计算目标航向角,确保USV达到目标AUV轨迹.为保证跟踪安全,USV与AUV之间的距离应保持一定,同时增加安全区设置,防止危险.将USV三自由度动力学方程进行解耦,分别设计速度跟踪和航向角跟踪控制器,并在速度跟踪控制中将安全距离同时作为控制目标.通过引入状态反馈实现闭环极点配置,保证距离、航向角和速度跟踪误差在USV输出能力下达到渐进稳定.针对水声通信中断期间AUV位置未知情况,通过动态滑动采样AUV历史轨迹,预测目标位置,达到继续跟踪的目的.仿真实验和湖上试验结果表明,USV应用本算法可在复杂的水声通信环境下实现对AUV持续、稳定的自动跟踪,效果令人满意.

基于DSP的自主式机动目标跟踪系统

设计了一种基于DSP的机动目标跟踪系统。该系统采用TMS320DM642作为其核心处理器,还包括BASLER A301fc CCD,以及大容量存储器。介绍了一种改进CamShift算法,利用目标边缘作为搜索特征,实现对机动目标自主式跟踪。在基于TMS320DM642的跟踪系统平台上实现了该跟踪算法,完成了跟踪系统的软、硬件设计。经过实验证明该跟踪系统工作性能稳定,能够有效跟踪机动目标。

自主跟踪机器人双目视觉系统的实现方案研究

随着科学技术的不断创新,越来越多的计算机应用系统不断的融入到人们的生活中去。就如同今天我们所说的计算机视觉系统的应用,新型机器人间代替人们从事一些日常只有人类才可以处理的一些事物。机器不在只是人类的使用工具,在未来的某一天它将实现全智能化、全自动化。

面向空间态势感知的天基可见光空间目标自主跟踪方法

天基可见光(space-based optical,SBO)监视是空间态势感知的重要手段之一.传统的天基观测平台都需要在自身精密星历已知的情况下,通过对目标的测量,确定其状态.而本文提出了自主天基空间目标监视的概念,天基可见光观测平台在自身精密星历未知时,也可以完成空间态势感知任务.与传统的目标跟踪不同,此方法只需依靠平台获取的在惯性系下描述的仅测角测量信息,便可实现自主定轨.结合长弧段的观测数据,本文给出了基于历史数据的事后自主轨道改进算法.通过分析发现,观测卫星对其他目标观测的历史数据也可用于改进原有的被观测目标的轨道.基于此,本文提出了通过额外测量量辅助下的实时自主跟踪策略,可通过单星搭载多SBO相机,对多目标同时跟踪的方式实现.最后,本文通过仿真算例验证了所提出方法的可行性.与传统的空间目标跟踪相比,虽然自主跟踪的精度较低,但在同时跟踪两目标时,尤其是在同时跟踪低轨和高轨两目标的情况下,估计精度能接近传统方法的水平.本文为发展自主天基空间态势感知平台提供了可行的方法.

基于解耦型MADDPG的无人机集群自主跟踪与避障

考虑单无人机在复杂空域环境下对地面动目标执行跟踪任务的局限性,采用多智能体深度强化学习(MADRL)方法对无人机集群目标自主跟踪问题进行了研究。首先,基于随机博弈过程设计联合状态空间、动作空间和奖惩机制,并由此建立了无人机集群三维自主机动模型。其次,考虑MADRL的稀疏回报问题,设计了引导型奖励函数,增强了算法收敛性能。接着,为提高集群学习效率,设计了相应的解耦型奖励函数和神经网络结构,并采用解耦型多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法对模型进行自适应训练,以生成无人机集群自主跟踪与避障最优机动策略。最后,开展了仿真验证。结果表明:基于MADRL方法的无人机集群能更好地满足复杂空域环境下目标跟踪任务的需求;相比于MADDPG,解耦型MADDPG算法具有更强的准确性和实时性。

PTZ自主跟踪中的全景视频生成

提出了一种在单PTZ摄像机自主跟踪过程中生成全景视频的方法。该方法在自主跟踪目标的同时,生成目标在大场景上运动的全景视频,可应用于PTZ摄像机监控场所。该方法将全景视频看作全景背景图像和当前目标图像的叠加:首先利用Mean Shift跟踪方法逐帧获取目标区域图像并保存;然后利用相邻两帧视频图像的竖直方向投影匹配和Harris角点匹配结果合成全景背景,与传统的配准方法相比,大大降低了匹配运算的复杂度,使全景背景的生成能够实时进行,并记录每帧图像到背景图像的变换参数;最后逐帧将目标区域图像变换到背景图像上得到全景视频。本文方法与传统的全景视频生成方法相比,无需人工控制摄像机的转动,也无需手工对齐视频帧,整个过程全部自动完成。

一种四旋翼无人机自主探测跟踪系统的研究

基于四旋翼无人机的便捷与可控等特点,本文设计并实现了一种可自主探测跟踪的四旋翼无人机系统。该系统采用tm4c123gh6pm作为飞行控制的主控芯片。对九轴运动处理传感器MPU9250的数据进行了姿态融合和计算。将脉冲宽度调制(pwm)波形输出和电气调节相结合,控制飞机的稳定飞行,实现姿态稳定。利用激光传感器与气压计互补融合检测飞行器和地面的相对高度,实现高度控制。利用光学流量传感器获取飞机和地面的相对速度,实现位置控制。使用OpenMV进行图像处理,与控制系统通讯,达到自主探测跟踪控制的要求。

多源光测信息融合跟踪方法及应用

在靶场试验任务过程中,光电经纬仪自主稳定跟踪目标是最核心及关键的环节。目前,利用单一信息源跟踪模式难以适用于不同的靶场任务类型与环境特点。以靶场光电经纬仪跟踪系统为研究平台,结合跟踪运动过程中实时测量的本机或外部的数据信息,提出了利用多种光测信息源融合跟踪方法和相应数据处理算法。通过融合跟踪仿真实验获得跟踪最大估计误差为2.49′,估计随机误差为8″,满足光电经纬仪试验任务跟踪精度要求,证明了该方法可有效保证跟踪过程的稳定性与可靠性。

扫描成像跟踪激光雷达

设计了一种基于激光图像跟踪的激光雷达系统来实现目标的跟踪测量。该系统通过激光光束二维扫描,形成包含距离和角度信息的三维图像,由测量视场内运动目标的几何中心与视场中心的角度偏差获得脱靶量,利用脱靶量驱动伺服机构使目标几何中心处于雷达扫描视场中心,从而实现目标的实时跟踪,并输出目标距离和角度信息。实测结果表明:采用设计的激光雷达系统对距离900 m的目标进行测量,测距精度优于0.25 m,角跟踪精度优于0.07°,角跟踪能力优于1.2(°)/s,实现了快速捕获目标、高精度跟踪测量和系统小型化等既定目标。

移动目标位姿同步跟踪技术研究

以农业车辆或者采矿装备等移动目标为对象,以实现移动目标在未知环境中自主运动为目的,进行了基于三轴加速度和陀螺仪的移动目标位姿同步跟踪研究。首先建立移动目标运动学模型,探寻姿态角与位置解算的耦合规律,利用加速度和角加速度进行位姿导航参数计算,并在搭建的定位原型系统上对所提定位定姿算法进行验证。实验结果表明,静态测试时横滚角φ、俯仰角β及偏航角θ的误差分别为0.33°、0.26°和0.38°,动态测试时姿态角跟踪误差分别为1.01°、0.64°和0.83°;静态测试时三维加速度下的平均位置误差分别为0.76、0.52和0.56 m,利用零速校正消除了运行时的累计误差,能够对移动目标运动轨迹进行有效跟踪。

火星车定向天线自主对地指向规划方法

针对火星车的2自由度定向天线,结合在轨约束条件和对地数传需求,提出一种基于解析星历的器上自主对地指向规划算法。首先给出火星和地球的相对方位、信号传输时延和空间交会的解析计算公式,摆脱了复杂的星历表模型,使得器上计算机运行更加高效;在此基础上根据火星车位置和姿态、定向天线安装矩阵,计算定向天线的转角,并给出天线转轴运动控制策略,使其实时自主跟踪地球,建立稳定运行的通信链路。通过仿真对解析星历计算结果进行检验,并在室内试验场对天线自主跟踪结果进行验证,仿真和试验结果表明该方法合理可行,指向精度满足使用要求。此方法解决了大时延下火星车定向天线对地球的指向和跟踪问题,将会应用至我国的首个火星车上。

基于变差的遥测天线跟踪稳定度研究

对遥测系统伺服跟踪数据进行处理,分析对比几种跟踪方式,指出几种跟踪方式中可能存在的问题,并提出相应的改进措施。同时,通过曲线变差、方差的属性分析,研究自主跟踪时天线俯仰、方位的稳定度与跳变程度,并与理论弹道、数字引导方式的曲线稳定度进行分析和对比,得出变差越大稳定度越差,方差越大异常跳变越明显的结论。