桁架式四旋翼无人机异形机架优化设计

随着多旋翼无人机的广泛应用,其外形的个性化需求越来越受到关注。以杆单元建立了桁架式机架的初始模型,在模型上预设不同的孔或空腔结构,再以杆单元最大许用应力为约束,进行以轻量化为目标的拓扑优化,获得了不同外形的四旋翼无人机机架。结果表明:保持电机和载荷位置不变,机架整体结构都为“X”形;改变孔的形式和位置,能够获得具有不同外形、质量和柔度的机架;预设通孔、沉孔和空腔后的模型优化结果分别呈现平行悬臂、邻接强化悬臂和邻接弱化悬臂的结构。优化结果可为多旋翼无人机机架的异形设计、个性化设计提供参考。

基于效能和时间的多旋翼破障无人机能力分析

为探究多旋翼无人机的破障能力,基于无人机破障作战环境和作战任务要求,建立了多旋翼无人机效能评估指标体系,结合相关性和权重分析,分层建立了整机效能评估模型以及分项能力评估模型。最后以5种不同型号的无人机为例,计算了不同比例障碍目标时无人机的单点破障效能,同时结合完成任务时间分析,给出了不同多旋翼无人机能力分析结果和建议。

基于四旋翼无人机的协同跟踪系统

为解决单架无人机由于续航等条件制约导致任务效率低下的问题,对多无人机协同方面进行研究。搭建一套基于四旋翼无人机的飞行综合验证平台,完成硬件系统的搭建和软件系统的设计,并通过实验来验证平台的稳定性和可靠性。结果表明:该平台操作简便、成本低廉、扩展性好,具有较好的工程价值。

半航空瞬变电磁干扰特征与降噪研究

为了验证多旋翼无人机在半航空瞬变电磁勘探作业中产生的电磁干扰影响,笔者等开展了一系列实验,包括在无人机不同工作状态下进行时频噪声分析,以及研究噪声源与接收点之间距离对噪声水平的影响。实验发现,大疆T20无人机电机转动产生的周期性电磁干扰频段在550~900 Hz,当接收线圈与无人机的距离为10 m时此干扰可被忽略。针对剩余的其他噪声,笔者等提出了基于移动窗口的递归最小二乘法自适应降噪方法。通过降噪实验,验证了该方法能够有效压制干扰,还原出信号的原始特征。将此降噪方法应用于香格里拉安乐铅锌矿实测半航空瞬变电磁信号处理,取得了显著的降噪效果。

复合扰动模型的无人机自动配平装置结构设计

无人机平台加装作业设备的作动及飞行环境的干扰均会造成无人机重心的偏移,影响作业精度。提出一种复合扰动模型的自动配平装置稳定无人机姿态的方法,考虑气流扰动、无人机载荷变化等因素,进行了无人机俯仰角、滚转角、偏航角多目标的自动配平装置结构优化设计并对无人机稳定性展开试验验证。结果表明,与多旋翼无人机加装配平装置前相比,无人机俯仰角、滚转角、偏航角超调量分别减小11.6%、48.5%、34.5%,对应的姿态稳定时间分别缩短0.06s、0.07s、0.06s,无人机三轴方向的控制稳定度分别提高54.4%、69.5%、60.8%,解决了气流扰动及无人机载荷变化复合作用影响无人机飞行姿态波动的问题,确保了飞行的稳定性。这里提出方法可为复杂工况条件下展开作业的多旋翼无人机结构优化设计提供参考。

多旋翼植保无人飞机施药研究进展及展望

多旋翼植保无人飞机有良好的地形适应性及超低空喷雾能力,是高效植保装备的重要发展方向之一,但飞行作业条件下风场、雾滴、作物耦合机理尚不明晰,成为制约沉积分布品质提高的瓶颈。为剖析植保无人飞机施药作业各要素关联研究不足、沉积机理不够清晰等问题。以雾滴的发生、沉降、沉积及飘移全过程为主线,基于学者们的研究论述了喷嘴雾化药液、风场-雾滴交互作用以及风场-雾滴-冠层耦合作用的研究现状,分别从喷嘴雾化对施药效果的影响、旋翼植保无人飞机悬停和飞行条件下的风场分布规律、飞行施药条件下雾滴在冠层内沉积飘移分布规律几个方面展开分析。基于以上论述,梳理了国内外航空施药技术的应用背景、研究进展、经验模型。指出了当前多旋翼植保无人飞机施药过程中一些亟需解决的问题,针对喷嘴选型(液力式喷嘴、离心式喷嘴等)及工作参数(压力、转速、角度、流量等)、无人机飞行参数(飞行速度、旋翼转速等)、农药特性(密度、黏度、表面张力等)及药液雾滴群的初始参数(粒径分布、初始速度)等各因素之间的匹配对应关系尚不明晰的问题,提出了重点建立多旋翼植保无人飞机施药作业喷嘴选型决策专家系统的建议;针对飞行组合风场(旋翼下洗气流、迎风气流、自然横风),农药药液雾滴(雾化后的物性参数),作物冠层(作物典型生长周期的茎、枝、叶)、田间环境(温、湿度),作业参数(飞行速度、高度)等因素的耦合作用,提出基于施药沉积效果进行科学假设,建立组合风场-药液雾滴-作物冠层的三相耦合模型的建议。最后,对未来多旋翼植保无人飞机施药技术的发展进行了展望。

多旋翼无人机单目V-SLAM研究综述

视觉同时定位与地图构建(V-SLAM)方法是保证多旋翼无人机在环境先验信息未知情况下正常工作的有效途径,对于多旋翼无人机的定位、导航和路径规划等具有重要意义。针对多旋翼无人机V-SLAM方法的国内外最新研究成果进行综述。首先,在简述V-SLAM分类及发展历程的基础上,综述了国内外具有代表性的基于滤波、基于优化、基于直接法及融合IMU数据的单目V-SLAM系统核心思想及特点;然后,分析了单目V-SLAM系统应用于多旋翼无人机的可行性,介绍了国内外若干从事多旋翼无人机单目V-SLAM研究的团队及其主要研究成果;最后,讨论了近年来V-SLAM的研究热点和发展趋势。

系留多旋翼无人机通信系统天线布局及仿真分析

设计了一种适用于系留多旋翼无人机通信系统的天线布局,采用FEKO仿真软件进行了电磁兼容仿真分析,并进行了实装试飞。仿真及实测表明,该天线布局方式可适用于多旋翼无人机通信系统。

多旋翼无人机仿地飞行倾斜摄影测量技术在地质灾害处置项目中的应用

概述航摄系统组成、仿地飞行方法、倾斜摄影测量技术。叙述多旋翼无人机仿地飞行倾斜摄影测量的作业流程和方法。通过项目实例,在地质灾害发生后应用这项技术快速完成测量工作、生产成果图件,为设计处置方案提供技术支撑,且在处置完成后为工程计量提供准确的基础资料,证明多旋翼无人机仿地飞行倾斜摄影测量技术特别适宜于地质灾害防治工作的结论。

基于多旋翼无人机视觉惯性里程计的设计与实现

针对GNSS信号受到干扰或在拒止环境下,多旋翼无人机的导航定位问题,设计一种多旋翼无人机视觉惯性里程计系统。介绍系统的总体设计方案、硬件选型与设计、软件系统搭建、通信协议规定以及算法设计思路。实验验证结果表明:该系统可以实际运行在多旋翼无人机上,当GNSS信号不可用时,仍可向飞控实时提供多旋翼无人机当前可用位姿,为多旋翼无人机视觉辅助导航设计提供参考。

一种系留多旋翼无人机备用电源设计

针对系留多旋翼无人机在地面电源异常断电时的安全降落需求,以提高系留多旋翼无人机的定位稳定性为目的,设计一种基于超级电容器的国产化备用电源。该备用电源由主控单元、充电单元、放电单元、均衡单元和超级电容器组构成,主控单元实时监控超级电容器组的运行状态,充电、放电和均衡单元分别控制超级电容器组充电、放电和均衡过程。结果表明:该备用电源具有宽温度适应性、免维护、结构简单和国产化率较高等特点,能有效地应用于系留多旋翼无人机装备中。

基于UAV/VISSIM的城市交通控制评价与优化

针对当前我国城市交通控制对静动态道路交通信息一体化采集存在的难点,设计运用低空多旋翼无人机(multi-rotor UAV)加载高清摄像机及其相应的视频分析系统采集交通控制区域内交通控制评价与优化所需数据,在此基础上利用VISSIM软件进行城市交通控制效果的评价与配时方案优化,并以深圳市沙河西路一西丽湖路交叉口为例进行验证。结果表明,基于UAV/VISSIM的城市交通控制评价与优化方案具有可行性,优化后该路口的服务水平由目前的E级提升至C级,有效提高城市交通控制评价和整体工作效率。

多旋翼无人机挂载装置设计及平衡性研究

无人机飞行时,安装设备及挂载物品很可能会发生滑移,造成无人机重心的偏移,影响飞行稳定性。因此设计一种多旋翼无人机挂载装置,通过设置连接板、连接槽、防护杆、放置板、夹持板、支撑杆、连接杆等结构,稳定和保护挂载设备。经试验验证,安装挂载装置后,无人机俯仰角、滚转角、偏航角超调量分别减小了14.7%、50.3%、34.5%,对应的姿态稳定时间分别缩短了0.055 s、0.065 s、0.055 s,飞行姿态更加平稳,调整过程更加迅速,为无人机的挂载设计提供了一定的参考。

基于多旋翼无人机倾斜摄影的近岸海域生态环境风险监测

由于现有的智能监测方法的环境质量综合指数较低,为此,研究基于低功耗多旋翼无人机倾斜摄影的近岸海域生态环境风险智能监测。低功耗多旋翼无人机能够灵活深入测区,获取地物全方位的倾斜影像。通过改变焦距,对曝光参数进行调整,自动匹配感光度,避免航片的动态模糊。对近岸海域生态环境采样,计算摄影物距,使无人机依次遍历所有路径点拍摄测区全局。建立模型,对近岸海域生态环境风险进行分析,将获得的生态环境特征数据输入模型中,对环境潜在风险进行识别,获得风险预测结果,从而完成监测。实验结果表明,2009—2023年环境质量综合指数均在90以上,提高了保护区的生态环境质量,使生态系统的健康状况得到改善。

小型多旋翼无人机振动特性分析及改进

为改善某小型多旋翼无人机飞行试验中的共振现象,本文系统分析了该无人机的模态与谐响应振动特性,从机臂铺层结构出发,进行复合材料铺层方案的优化与改进。通过仿真计算结果可以发现,45°铺层角度正负方向与0°铺层位置的改变对于振动特性的影响极其微弱,可以忽略不计。但中性面的改变对频率和幅值的影响显著,中性面为0°铺层时,振动特性整体得到了明显改善。并且不同中性面方案均表现出随着0°铺层数量的增加,频率逐渐右移、幅值逐渐降低的规律。因此,为实现本型及类似构型多旋翼无人机振动特性优化,建议优先选择0°中性面铺层并合理增加0°铺层数量(3~4层为宜)。

基于远程控制技术的多旋翼无人机遥感系统

为获取高精度地理空间数据,设计基于远程控制技术的多旋翼无人机遥感系统。利用多旋翼无人机搭载相机和传感器设备,实时采集多旋翼无人机飞行环境图像、姿态与位置数据等,使用地面辅助子系统的数传电台接收采集的数据并保存,运用通信模块将数据传输到无人飞行器子系统,规划出多旋翼无人机最优航迹,按照规划航迹完成遥感影像采集任务。实验结果表明:该系统能有效控制多旋翼无人机的姿态和位置;规划的多旋翼无人机航迹对静态和动态障碍物均具有较强的避障能力,且获取的遥感影像质量较高。

多旋翼无人机自动化巡检系统实时自动避障技术

为了避免多旋翼无人机与障碍物相撞,并精准匹配目标,保证其安全巡检,提出多旋翼无人机自动化巡检系统实时自动避障技术。通过ORB-SLAM技术提取双目图像的前景目标,采用SIFT算法生成前景图像尺度空间,构建高斯金字塔初步检测特征点,获取特征点的尺度、方向信息,确定特征点描述符检测避障目标,通过确定与多旋翼无人机距离最小避障点空间位置坐标,实现实时自动避障;智能终端借助数据、图像通道、飞行模块与巡检作业模块进行信息交互,控制多旋翼无人机飞行并可视化呈现避障结果。实验结果表明:该方法能提取巡检图像中的前景目标,检测目标特征点,图像旋转、缩放时也可精准匹配目标,避障距离计算准确、误差小。

多旋翼无人机在输电线路状态检修作业中的应用

本文文章针对现有输电线路状态检修水平较差的问题,引入多旋翼无人机,开展对输电线路状态检修作业的研究。采用栅格法规划输电线路状态检修多旋翼无人机协同飞行路径;根据检修作业需要,确定多旋翼无人机检修作业最佳位置;评定输电线路状态,并在检修后将结果记录在建立的状态信息库中,完成输电线路状态检修作业任务。通过实例证明,多旋翼无人机的应用可以有效提高检修作业路径规划的合理性,可以传输更清晰的检修画面。

多旋翼植保无人机玉米病虫害飞防技术研究

植保无人机的应用可以显著提高玉米病虫害的防治成效。在分析植保无人机应用优势的基础上,介绍了无人机的结构组成,论述了飞防作业流程和注意事项,最后明确了植保无人机的维护与保养技术,为无人机的飞防应用提供参考。

基于IMM-PPO的无人机机动目标追踪

针对无人机在复杂障碍物环境下追踪机动目标的问题,提出了一种基于IMM-PPO的导航跟踪策略,估计多模型混合的机动目标状态信息,设计基于目标跟踪性能、追踪逼近时间以及障碍物约束的奖惩函数,并在Actor-Critic网络结构下设计近端策略优化的算法框架,通过智能体与环境交互,训练出奖励最大化下的网络参数。训练后的决策网络能够根据环境信息完成避障导航并实现对机动目标的稳定跟踪。仿真结果表明,相比于传统避障跟踪算法,基于IMM-PPO的导航跟踪策略具有更好的跟踪性能、更快的追踪速度以及更短的避障导航路径,且在初始条件改变的情况下仍具有一定的自主追踪能力,在应用于无人机机动目标追踪任务中时具备更大的优势。