船舶尾气监测无人机系统设计与应用

为监测珠江水域在航船舶的燃油合规性,设计了一套用于监测船舶尾气的微型嗅探无人机系统,该系统利用无人机搭载微型嗅探传感器,可实时监测在航船舶尾气中的二氧化硫(SO_(2))和二氧化碳(CO_(2))浓度,进而监管船用燃油硫含量的合规情况,筛查违规使用高硫油的船舶。经过现场测试与应用,成功查实多艘违规使用高硫燃油的船舶。通过对比分析船舶燃油硫含量的监测值和实际值,验证了船舶尾气嗅探无人机技术的可靠性。船舶尾气嗅探无人机监测系统的应用可以为海事执法提供便捷手段和技术支撑,提高海事执法效率。

一种改进的基于干涉相位周期的无人机差分干涉合成孔径雷达基线估计方法

基线在差分干涉处理中是一个至关重要的参数,直接关系到干涉测量的精度。相比于星载平台,无人机在飞行过程中,飞行航迹难以保持高度重合,飞行轨迹和姿态不稳定,给无人机差分干涉SAR基线估计带来极大的困难。从无人机平台的特点和应用场景出发,提出一种改进的基线估计的方法,该方法通过干涉几何关系推导出干涉相位周期、斜距、2点之间距离、相位差的关系,在雷达图像计算特定2点之间距离,然后代入已知参数利用最小二乘法进行基线估计。对比原方法及改进方法的仿真结果及实际数据的基线估计结果,表明改进方法的基线估计结果的精度和鲁棒性有显著提高。

基于最小圆覆盖的多无人机协同螺旋式搜索优化算法

针对无人机群广域协同覆盖搜索问题,基于最小圆覆盖技术从环境建模、任务分配和航迹规划3个方面研究了搜索优化算法。首先,采用搜索区域的最小圆覆盖技术进行环境建模,以覆盖圆圆心为关键点对任务区域进行描述;然后,采用螺旋法结合模板法的搜索策略,按搜索路径遍历关键点进行全局路径规划;接着,考虑无人机直线飞行和转弯飞行的能耗差异,将无人机群总任务转化为该路径的总能耗,基于总能耗的均分实现无人机群的任务和路径分配,从而形成一个整体解决方案;最后,针对圆形和不规则凸多边形搜索区域开展了仿真计算,并比较了该算法与平行搜索法的效率,结果表明该算法有效且更优。

小型无人机翼型优化设计

采用类别形状函数变换(CST)方法对翼型参数化描述;利用Fluent软件,进行翼型升力系数和阻力系数的气动计算;以升阻比最大为优化目标,通过拉丁超立方设计生成样本点,建立了径向基神经网络(RBF)代理模型;使用粒子群优化算法(PSO),在Isight平台上,实现对Clark Y翼型优化的整个过程。优化翼型升阻比比原始翼型提高了约10%,表明此种方法是可行的,可用于小型无人机设计的工程中。

微型UAV视觉识别系统的研究

出于军事侦察、视觉导航等特殊任务的需要,视觉识别系统一直在微型UAV系统中扮演着重要的角色。该文针对微型UAV的特点设计了一套基于机器学习的视觉识别系统。得益于Adaboost算法和层叠分类器的使用,系统具有很快的处理速度并获得了较高的正确识别率。最后,通过一套真实微型无人直升机试验平台上的实验结果,验证了这套系统的可行性。

小型无人机地面控制站软件的设计与实现

地面控制站是整个小型无人机系统的重要组成部分。在分析地面控制站功能需求的基础上,应用面向对象的设计方法设计了地面控制站软件,同时分析了地面控制站软件的各项功能及其所涉及的关键技术。该软件已在某小型无人机的飞行试验中得到应用,取得了较好的效果。

微型无人机磁航向测量系统的设计与实现

基于地磁测量原理的磁阻传感器具有体积小、启动快、功耗低等优点,以磁阻传感器为核心设计并实现了一种低成本微型无人机磁航向测量系统,介绍了磁阻传感器的工作原理,给出了航向角的计算方法,对硬件电路和软件设计进行分析研究。转台实验表明,基于磁阻传感器的微型无人机磁航向测量系统达到了设计要求。

六旋翼植保无人机风场竖直分布特性数值模拟与验证

植保无人机作业过程中,旋翼风场竖直方向分布特性对雾滴的输运效应及作物冠层的扰动作用直接影响施药沉积效果。本文以六旋翼植保无人机风场竖直分布为研究对象,采用基于格子玻尔兹曼方法的数值模拟技术建立了无人机前飞作业时旋翼风场仿真模型,并根据正交试验方法研究了多特征参数融合对风场竖直分布特性的影响。仿真结果表明,竖直分布风场垂直于飞行方向对称分布,当飞行高度和飞行速度增加或作业载荷减小时,风场强度逐渐减弱;竖直分布风场沿侧风方向倾斜,侧风风速大于3 m/s时,风场横向倾斜超45°。基于此,采用恒温差热敏芯片研制了微型无线风速采集系统,并开展了植保无人机风场竖直分布特性的多因素田间验证试验,试验结果表明:仿真模拟与田间试验旋翼风场竖直分布规律基本一致,相对误差较小,风场竖直分布特性具有较好的一致性;数值模拟方法可有效模拟植保无人机飞行过程的非定常流动,仿真与田间试验结果为植保无人机雾滴沉积的研究提供了理论基础。

无人机单侧投弹干扰模型的建立与仿真

无人驾驶飞机单侧弹射投弹时会产生干扰力矩,影响无人机稳定飞行。针对这个问题,对投弹后无人机恢复导弹发射前姿态的过程进行了分析,描述了投弹对无人机的干扰问题。以小扰动状态方程为基础,将干扰力矩作为输入,并在控制律优化设计后将自动驾驶仪控制律作为控制方程代入小扰动模型。在挂载导弹到机身距离较小的情况下,对投弹后无人机姿态角的变化进行了建模、仿真和结果分析。仿真结果表明,在单侧投放导弹后,无人机能够很好地稳定飞行姿态,控制无人机平台以投弹前航向继续稳定飞行,为第二枚导弹的顺利投放做准备。

基于PX4构建高可靠农用微小型无人机数据链的实现方法

农用微小型无人机在精准农业中的作用日益重要,正在成为农机行业新的亮点和热点。农用微小型无人机数据链的可靠性是影响其稳定运行的关键因素,本文针对农用微小型无人机数据链,选用PX4开源飞控,以3 DR电台和QGround Control地面站搭建的数据链设备为平台,设计了数传电台冗余切换系统及相应的电台联机质量测试系统,分别来提高和检测数据链的可靠性。同时,主要介绍了冗余切换系统的结构和原理及电台联机质量测试系统的结构和原理,并进行了相应的测试。测试结果表明:该方法能有效地提高农用微小型无人机数据链的可靠性。

小型无人机地面站导航显示系统设计

介绍了小型无人机地面站系统的构成,地面站视频接收机的工作原理和飞行数据借助于SRV100实现实时传输的过程。主要研究了地面站计算机在Windows环境下利用Visual C++6.0读取串行口输入的GPS定位数据,并对该数据进行处理和显示的方法,在此基础上设计开发了盘旋、自动回家功能模块,达到了应用需求。

MEMS压差传感器在小型无人机空速测量中的应用

介绍了一种基于MEMS压差传感器和数字信号处理器(DSP)的小型无人机空速测量系统的实现方法。根据实际需求对压差传感器进行了温度补偿,并采用最小二乘法消除器件和电路的非线性;经实验测试,空速在13～50 m/s范围内,该系统的测量精度在±3%以内。该空速测量系统具有体积小、重量轻、功耗低、工作可靠等优点。

一种适用于微型无人机的移动MUAV-MTP协议

现有Mav Link协议的设计主要面向低速率、大数据量的消息传输,存在移动通信信道特性差、环境干扰因素多等问题。为此,提出一种新型的MUAV-MTP协议,用于微型无人机移动传输身份验证、路线以及控制信息。借鉴现有的移动MavLink通信协议,将原协议转换为面向微型无人机的远程移动控制协议,通过简短的指令包完成无人机的巡航移动控制,并使其同时支持TCP、UDP协议。实验结果表明,MUAV-MTP协议具有操作简便、接口通用,具有良好的扩展性及鲁棒性,可用于基于Pixhawk飞控组装无人机的测试开发。

一种W波段无人机微型SAR系统

随着轻小型无人机(UAV)日益发展,基于UAV平台搭载微型SAR系统的探测手段会给信息获取方式带来革命性的影响,这也对微型载荷提出了的更高的需求。针对这一需求,该文介绍了一种W波段UAV微型SAR系统,提出了基于锁相技术的线性调频源的设计方法,并对毫米波(MMW)介质集成波导天线、3维集成、运动补偿方法等关键问题进行研究,研制W波段无人机微型SAR系统原理样机,基于多旋翼无人机平台开展飞行成像应用试验。研究结果表明,原理样机在系统分辨率、体积、重量等方面具有处于业内领先水平,飞行试验获得了聚焦效果良好的高信噪比(SNR)图像。

微型无人机变焦摄像机设计

机载摄像机是微型无人机实施战术侦察的关键设备。文章突破传统机载摄像机采用定焦或基于DSP聚焦的思路,在特定飞行高度,提出变倍同步聚焦技术,并对变倍同步聚焦的基本原理、台阶拟合法等技术进行了研究,对镜头凸轮曲线进行了设计,并利用ZEMAX软件对凸轮曲线进行了拟合和优化,设计了相应的驱动控制电路和视频采集系统。飞行测试表明,设计的快速变倍同步聚焦摄像机的性能能够满足空中侦察要求。

微小型无人机数据链分发系统设计

当前微小型无人机系统还没有完整的数字数据链系统,数据分发难以实现,战场信息得不到共享,针对这一问题,对微小型无人机数据链进行研究,提出战场数据分发的解决方案。通过建立缓存服务器,暂存无人机信息,设置用户权限和优先级,将信息分发予参战各单位。数据分发系统为建立完整的微小型无人机数据链传输系统奠定理论基础。

无人机机载SAR在地理国情监测中的应用研究

在我国,由于特殊的地理位置和气候条件使得局部地区获取数据较为困难,导致在地理国情监测中利用传统光学成像监测手段获取数据难以满足监测需求。随着无人机机载微型化合成孔径雷达高分辨率对地观测成像技术的不断发展,使得全天时、全天候航空遥感监测成为可能。本文通过对无人机机载合成孔径雷达监测系统集成构建,利用该套系统高分辨率微波成像,验证了其在地理国情监测应用中的适用性。为无人机机载SAR技术在地理国情监测中的应用提供了新的解决手段。

无人机机载合成孔径雷达冰情凌汛监测应用研究

黄河河段特殊的地理位置和气候条件造成每年季节性的冰凌灾害,利用传统监测手段在夜间监测具有许多困难。随着无人机机载微型化合成孔径雷达(MiniSAR)技术发展,使得全天时、全天候航空遥感监测成为可能。本文通过对无人机机载合成孔径雷达监测系统集成构建,利用该套系统验证了黄河冰情凌汛应急监测的适用性,最后指出了无人机机载合成孔径雷达在行业应用中的推广价值。

电动小型无人机起飞总重估算方法研究

小型电动无人机具有功重比低,结构密度大等特点,以往的任务剖面估算的方法已经难以建立准确的重量估算模型,针对电动小型无人机概论设计阶段起飞总重估算的需求,综合考虑电动小型无人机动力装置比能量、比功率低,结构重量占比大、飞行过程中无变化,和机体结构以复合材料为主,减重效果明显的特点,在整合相关研究成果的基础上,结合近年来从事小型无人机设计的工程实践,优化提出了电动小型无人机概念设计阶段起飞重量的估算模型。通过某电动小型无人机的设计实例,验证了模型的有效性。

加密算法优化对无人机的CPU功耗影响研究

数据安全传输和功率消耗问题是无人机自组织网络(Unmanned Ad Hoc Network,UANET)中不容忽视的研究主题.在UANET环境中,现有的数据传输加密算法的应用越来越广泛.本文首先介绍了Blow fish、AES、GOST R 34.12-2015这3种加密算法;接着在保证算法安全性能的前提下,分别对Blowfish和GOST算法进行了优化,减小Blowfish算法的迭代次数,降低GOST算法的预处理数据的运算表数量;然后通过NS-3仿真平台模拟各种算法的执行时间、吞吐量及功率消耗情况,并对比了无人机CPU模块和无线电模块的功耗情况.对比结果表明:优化后的算法在处理数据传输时,加密和解密时间明显缩短,吞吐量均有显著提升,各无人机节点的CPU功率消耗均明显下降.可见,优化后的加密算法使UANET更节能.