一种基于扰动补偿的机弹协同LOS主动防御制导律

随着无人技术和军事科技发展,无人近距空战引起了世界军事强国的广泛关注。面临高速大机动能力来袭导弹的威胁,传统的抛洒箔条或释放热焰弹等被动防御措施无法确保目标飞行器安全逃逸,通过发射拦截弹协同目标飞行器机动实施的主动防御是一种可行的方法。由于来袭导弹机动能力较强且加速度信息未知,是目标飞行器-拦截弹制导律协同设计的难点。提出一种基于扰动补偿的LOS主动防御拦截制导律,通过设计一种非线性扰动观测器来估计来袭弹产生的机动的影响,并在机弹协同LOS主动防御制导律设计中补偿。通过仿真算例验证了所提方法能够有效拦截具有未知机动能力的来袭导弹,为研究三体攻防问题提供了一定的参考。

水上应急救援无人船关键技术应用及实验研究

为了确保水上应急救援的及时性和可靠性,提高水上应急救援装备的智能化水平,提出一种水上应急救援无人船系统。首先提出落水人员识别模块,基于深度学习的单阶段检测算法,选择YOLOv5作为救援目标检测的网络模型,能够实现目标精准检测;以针孔相机模型的定位算法,定位落水人员的位置;在此基础上研究自主导航模块,通过LOS制导算法,实现应急救援无人船的自主导航和避障,通过轨迹跟踪实验,达到较好的跟踪效果;最后设计的自动救援模块,当距离目标点1 m范围内由救生系统抛掷救生圈实现救援。实验结果表明,能够满足江河湖泊应急救援的需求,提高救援行动的成功率。

基于鲁棒视线制导方法的欠驱动船舶路径跟踪

为解决船舶路径跟踪中的欠驱动和船舶模型不确定问题,提出一种基于鲁棒视线制导方法的神经网络滑模控制器。首先,利用鲁棒视线制导方法解决欠驱动船舶输入自由度维数小于输出自由度维数的问题,同时,减少船舶运动学差异的影响;其次,把径向基函数神经网络和滑模控制方法相结合设计控制器,减少外界干扰的影响,实现了欠驱动船舶的路径跟踪;最后,通过李雅普诺夫稳定性定理分别证明了所设计制导系统和控制系统的稳定性。该控制器引入鲁棒视线制导方法对制导系统进行设计,在减少外界干扰影响的同时考虑了船舶运动学差异的影响。仿真实验分别实现了欠驱动船舶的直线路径跟踪和曲线路径跟踪,验证了所设计控制器的有效性和可行性。

时变漂角下USV直线路径跟踪控制器设计与验证

为了解决"蓝信"号无人水面艇在真实海洋环境中的直线路径跟踪的精确控制问题,在考虑到实际航行中存在时变漂角的情况下,设计并验证了一种基于LOS制导算法的无人水面艇直线路径跟踪控制方法。以"蓝信"号无人水面艇的操纵运动模型及辨识的参数为基础,将LOS制导算法与模糊自适应PID航向跟踪控制相结合,设计了一种考虑时变漂角的无人水面艇直线路径跟踪控制器,仿真结果验证了该方法的可行性。最后,通过蓝信号无人水面艇在大连海事大学凌水校区外部海域的实船实验,验证了该方法应用在实际工程中的正确性和有效性,降低了真实海洋环境下实际航迹跟踪过程中时变漂角对航迹跟踪控制精度的影响。

小型无人艇无模型自适应路径跟踪控制

针对不确定性影响下无人艇的路径跟踪控制问题,考虑到小型无人艇建模困难且现有基于模型的控制方法对系统模型的依赖性等问题,设计了基于无模型自适应控制算法与改进LOS制导算法的无人艇路径跟踪控制器.基于动态线性化方法分析并证明了等效数据模型的正确性,设计了紧格式动态线性化(CFDL)的无人艇航向航速无模型自适应控制器并结合改进LOS制导算法设计了无人艇路径跟踪控制器.以武汉理工大学iNav-IV型无人艇为研究对象进行了系列实验.实船实验结果表明:该自适应路径跟踪控制器的有效性,即使没有精确的数学模型,控制器也能保证较好的路径跟踪效果.

无人艇直线航迹跟踪算法优化设计

为解决无人艇(USV)直线航迹跟踪工程应用中的航迹转向阶段航向角波动大、航向角曲线不平缓的问题,考虑到航迹切换点圆半径参数R对航向角曲线平缓度的影响,本文以参数R为优化对象,并以横向偏差累积结果为目标函数,提出一种基于二分法查找的参数寻优方法,并且以经典的基于LOS制导律与PID控制律的航迹跟踪算法为设计基础,给出了航迹跟踪算法优化设计方案。最后,通过Matlab仿真验证了本文设计方法的有效性。仿真结果表明,本文的优化算法适用于USV直线航迹跟踪问题,并且能使USV在航迹转向阶段快速且平稳地跟踪下一段期望航迹。

无人艇自适应路径跟踪控制器的设计与验证

针对航行环境和船速变化下的无人艇路径跟踪控制问题,本文提出了一种基于变增益内模控制方法的无人艇自适应路径跟踪控制器。结合状态空间型船舶线性数学模型、差分GPS和电子罗经的数据实现对无人艇操纵响应模型的在线参数估计;建立基于变增益内模控制方法的无人艇艏向控制器,并根据计算出的无人艇操纵性指数在线调节控制器的参数;利用Line-of-Sight(LOS)制导算法设计并实现无人艇的自适应路径跟踪控制器。实船实验结果表明:在实际的航行环境中,该自适应路径跟踪控制器具有良好的控制性能。

无人艇航迹跟踪控制系统设计与验证

针对复杂湖面环境干扰下的无人艇自主航行控制问题,设计了一种有效的无人艇航迹跟踪控制系统。该系统从航迹跟踪控制算法、数据融合处理、上位机监控三个部分展开设计。在算法设计层面,将航迹跟踪控制问题分为外环和内环两部分,外环部分提出了一种自适应视线(line of sight,LOS)制导算法,以求解目标航向角作为航向控制器的输入;内环部分设计了无模型自适应比例积分微分(model free adaptive-proportion integration differentiation,MFA-PID)航向控制器,以实现无人艇稳定的航行。在数据处理层面,采用卡尔曼滤波算法对传感器信息进行融合,实现了对无人艇位置和姿态信息的准确估计。在监控层面,设计了一种可视化上位机软件,实时监测无人艇航行状态,保证航行安全。最后,利用实艇进行湖测实验,验证了该控制系统的有效性,结果表明该系统具备在内湖执行任务的能力以及应对复杂环境干扰的能力。