无人机自适应变极化抗干扰天线研究

现代信息化战场上,无人机以其独特的优势,得到了广泛的应用,然而日趋复杂的电磁环境对无人机通信造成了严重的影响。文中针对无人机通信数据链的抗干扰需求,利用微波铁氧体双折射效应和自适应快速变极化控制,设计了一种无人机自适应变极化抗干扰天线。无人机自适应变极化抗干扰天线是利用微波铁氧体双折射效应快速产生垂直极化波、水平极化波、左圆极化波、右圆极化波、椭圆极化波等任意极化波辐射空间与干扰波形成极化正交压制干扰,当无人机受到自然或人为有源同频干扰时,天线能够快速改变极化状态抑制干扰,保持无人机通信畅通。重点从工程应用角度分析了无人机自适应变极化抗干扰天线的原理和技术要点,并针对天线在2.4 GHz~2.5 GHz工作频段的抗干扰效果进行了抗干扰试验。

基于偏振光传感器的无人机姿态组合滤波算法

针对惯性导航易受运动加速度影响和GPS与磁力计导航易受到电磁干扰影响等问题,提出了一种偏振光辅助惯性导航的无人机航姿估计算法。利用大气瑞利散射模型获取最大偏振矢量,辅助惯性元件实现了基于PI互补滤波的姿态四元数更新算法;对陀螺仪、加速度计和偏振光传感器信号进行粒子滤波的融合修正。实验结果表明:该方法解算的姿态角在静态条件下性能稳定,抑制了传感器噪声;同时在运动情况下准确性大幅提升,具有更好的动态解算精度。

飞行姿态对天线干扰效能的影响分析

为了分析电子对抗无人机飞行姿态对其机载干扰天线干扰效能的影响,推导了其干扰天线的干扰极化特性随飞行姿态的变化规律,计算了不同侧飞倾角时的垂直极化分量的空间分布。结果表明,侧飞有利于增强对垂直极化天线的干扰效果。

机载天线极化失配及方向性的分析计算

针对无人机飞行姿态变化造成的收发天线极化失配情况,推导了收发天线间的极化失配因子。结合天线的方向特性综合考虑,计算了随着飞行姿态的变化,机载水平极化天线和垂直极化天线干扰地面天线时在不同方向的功率密度分布。计算结果表明,侧飞时水平极化天线和垂直极化天线将在不同的侧面获得增强的效果。

基于时频检测与极化匹配的雷达无人机检测方法

针对雷达检测无人机这一难题,该文提出了一种时频检测与极化匹配相结合的双极化雷达无人机检测方法。首先,雷达降低检测门限,各极化通道分别采用常规的时频2维单元平均恒虚警率检测方法,检测出无人机与杂波虚警;接着,各极化通道分别针对多帧检测结果进行积累,进行2次检测,剔除部分杂波虚警;最后,对两个极化通道双门限检测结果进行匹配,进一步剔除杂波虚警。对两型无人机的外场试验数据处理结果表明:该方法能够有效检测出无人机,消除杂波虚警。

无线通讯用小型无人机载天线

基于无人小飞机的有效载荷和有限空间要求,设计和制作了用于其通讯系统中ISM频段的高性能圆极化微带的一种中心开槽、边缘Y形两侧缝隙加载的变异方形微带贴片结构天线,给出了该天线的仿真结果,描述了圆极化天线的测试方法。测试结果表明,天线指标基本满足系统使用要求,波束宽度为±45°,增益达到4.5dB i,尺寸缩小约36%。将这种天线应用到无人小飞机系统中,可以方便地与射频模块集成,无线收发信机输出得到了良好的波形。实验结果表明,此缝隙加载圆极化微带天线能满足该无人小飞机电子系统实现无线图像及数据实时通信的要求,这将使得该系统的小型化成为可能。

基于偏振光传感器的全姿态角解算方法研究

针对小型无人机三维空间内姿态解算的问题,提出了一种仅利用偏振光传感器进行全姿态角的解算方法。利用偏振光传感器测量的偏振方位角,及通过观测位置和观测时间计算得到的太阳方位角,可以求得当前的航向角。利用太阳矢量在导航坐标系和载体坐标系中的投影,通过解算姿态方程解算出当前的俯仰角与横滚角,实现全姿态角的解算。通过仿真实验证明了该方法的有效性,解算出的姿态角误差在1°以内,能够有效地满足小型无人机的需求,为无人机导航提供一种全新的导航方法。

Ku波段固定翼无人机全极化RCS统计特性研究

目标雷达截面积(RCS)的统计特性研究是雷达进行目标检测、成像识别的基础。文中基于Ku波段固定翼无人机全极化实测数据,分析了不同频率、不同方位的无人机目标RCS在HH、VH、HV和VV极化下的均值、方差等特性。研究发现,同极化方式下无人机的RCS均值较交叉极化方式下的RCS均值大9 dBsm。为进一步定性描述RCS起伏特性的统计分布,选取12 GHz、14 GHz两个频点,以最大似然估计量为初值,通过非线性最小二乘准则对参数进行微调,实现了Ku波段不同极化方式下无人机RCS的分布特性拟合。结果表明:Gamma分布可以较好地拟合无人机同极化方式下RCS的统计分布,Weibull分布可以较好地拟合无人机交叉极化方式下RCS的统计分布。

无人机偏振遥感载荷系统的设计与实现

分析我国发展无人机航空遥感的必要性和可行性,针对某型民用无人机,利用系统集成的方法,设计无人机航空遥感偏振载荷系统。介绍系统的构成和工作流程,阐述系统的软硬件设计原理及实现的功能。地面联合调试结果表明该系统能够满足即将开展的航空遥感作业的要求。

极地无人机研究文献的调研与分析

本文运用情报学分析方法 ,利用Wo K平台,搜集无人机应用在极地研究方面的相关文献,通过文献计量和社会网络分析方法对这些相关文献的作者、机构、研究主题、国家等方面作分析,以期透过情报学分析方法了解无人机在南北极的应用情况,辅助我国极地科技发展战略的制定。

基于Faster R-CNN模型的低空平台偏振高光谱目标检测

随着无人机等低空平台在侦察领域的不断扩展以及对性能要求的不断提高,各应用场景对目标检测精度和速度也提出了越来越高的要求。传统的目标成像方法难以满足图像质量需求,人工识别目标的方法也无法应对战场环境的快速变化。结合深度学习和偏振高光谱成像技术的发展,通过模拟偏振高光谱低空目标检测平台,提出基于Faster R-CNN的地面军事目标检测方法。采用区域建议网络模块进行模型训练,而在目标检测阶段通过对特征图进行兴趣区域池化操作得到建议特征图,最后利用建议特征图完成目标类别判定。实验选取3种典型的军事车辆缩比模型,通过偏振高光谱相机在室内外模拟环境中获取目标在不同场景条件的图像数据,以及某型无人机在低空条件下的地面车辆目标数据进行实验验证。实验表明,该方法在有效完成地面目标的检测时,能够达到理想的检测精度和速度。

一种用于仿生导航无人机航姿求解的混合滤波方法

针对现有组合导航系统易被干扰欺骗以及姿态求解精度不足的问题,设计了惯性测量单元(IMU)与偏振光传感器组成的航姿参考系统(AHRS)。同时,考虑到传统的姿态求解方法精度不高,提出了一种用于仿生导航无人机航姿求解的混合滤波方法。将Mahony滤波后的姿态值作为系统观测量,再结合扩展卡尔曼滤波(EKF)实现传感器数据的深层融合,以获得高精度的姿态角信息。实验结果表明:在静态环境下采用混合滤波方法求解的姿态值能有效滤除偏振光传感器和加速度计内部噪声干扰,其稳定性明显优于两种方法各自求解时的情况;在动态实验中该方法能有效抑制单独采用Mahony滤波时存在的超调问题,表现出更高的动态解算精度,从而为偏振光组合导航系统提供了更精确的姿态估计信息。

无人机飞行过程中信号弱区的分析

无人机在实际飞行过程中,在某些区域总会出现通信误码率较高甚至失锁的现象。通过分析无人机链路的信道特点,利用两径传播模型分析了信号电平衰落的分布和深衰落强度,并用MATLAB对此模型进行了仿真。仿真数据与工程经验数据进行了比较,结果表明此模型能够很好的解释飞行弱区这种现象,也进一步验证了该模型的适用性。

基于无人机遥感技术的南极冰川表面冰坑监测

冰坑(ice doline)是指冰川表面因塌陷所形成的特殊地貌,由于冰坑的规模通常较小,相关的高分辨率遥感数据十分匮乏,加之其形成具有突发性和偶然性,目前的研究尚不充分.已有的研究主要通过对冰坑形成后的表面特征分析得出,对形成前冰面的应力应变状态尚缺乏有效观测数据支撑.在我国第33次南极考察期间,中山站至内陆出发基地的达尔克冰川表面发生了塌陷,形成了冰坑地貌.在达尔克冰川开展长时间序列的无人机遥感监测,获取了塌陷事件发生前后多期高分辨率无人机遥感数据.利用该数据处理得到的塌陷区高分辨率数字高程模型(DEM)和数字正射模型(DOM),分析了塌陷发生前后冰面地形变化和融池分布,发现此处冰坑地貌的形成与冰下径流、冰上的融水过程有重要关系.

CINRAD/SA-D雷达差分反射率金属球标定试验

目前我国新一代天气雷达正升级为双偏振体制,CINRAD/SA-D双偏振天气雷达对气象目标差分反射率(ZDR)的精确测量是参数标定的重要环节。对徐州双偏振雷达配置VCP-sect扫描模式,采用目标方位±5°的扇扫组合,且关闭地物等所有雷达滤波算法,用无人机分别携带2种标准金属球开展ZDR标定试验。分析试验结果,发现采用40cm金属球,控制无人机与金属球间隔为68m时,ZDR平均值为-0.265dB,最小为-0.125dB,最大为-0.375dB,满足雷达定标ZDR的技术要求。研究结果为业务雷达开展双偏振雷达定标ZDR提供了技术方案。

基于偏振光的无人机航姿LM优化解算方法

针对基于惯导和GPS/磁力计的导航系统易受到电磁干扰及诱导的问题,提出了一种基于偏振光和微惯导组合导航的无人机姿态求解算法。利用大气偏振矢量获取航向信息,搭配惯导元件实现列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt,LM)优化的三维姿态角解算方法。实验结果表明:所提算法能有效降低噪声干扰,保持良好的静态稳定性;同时,相较于梯度法和牛顿法等常规算法,该方法具有更好的动态解算精度。

基于5G极化码的无人机通信系统设计

随着科技的进步,5G(5th-generation)时代的到来,无人机、自动驾驶等成了热门。文章从实际应用的角度出发,结合最新的5G极化码技术研究出一套低时延安全的无人机通信系统。

基于双柱的无人机城市环境信道建模

多极化天线系统能够在保持低天线间相关性的同时减小设备尺寸,因此对于小型无人机的无线通信系统具有很大的潜力。利用基于双圆柱的几何理论,提出了一种极化多输入多输出(MIMO)信道模型。几何方法用于模拟信道去极化,其中散射体的MIMO信号强度由简化的射线追踪方法确定。该建模方法提供了一种分析计算MIMO极化信道脉冲响应(CIR)的机制,并进一步推导出交叉极化鉴别(XPD)和MIMO信道的时频特性。此外,还进行了适当建模参数的数值仿真分析。

从加拿大北极医疗救援现状探讨极地无人机搜救的可行性及制约因素

目的本文旨在探讨无人机在极地区域内实施医疗救援的可行性,为后续研究打下良好基础。方法通过文献回顾的形式分析了加拿大北极地区常住人口的医疗救援现状及主要做法,从无人机在极地区域实施救援的可行性以及面临的制约因素等方面进行了综合分析。结果随着科技投入持续增加,无人机性能大幅度提高,极地搜救中的用途日渐广泛;但气象条件、法律以及通信基础设施等因素还存在一定制约因素。结论无人机应用于极地医疗救援将是一种全新的尝试,为我国北极区域内各类军事及民事活动提供医疗救援策略。

基于动态极坐标参数化的遥感影像匹配方法

图像匹配作为三维重建至关重要的环节,其精度直接影响了平差优化、正射校正等模块的精度。对于城镇、农场等特征密集型区域,特征距离小,相似性强,易于匹配图像;而针对草地、沙漠等特征不明显区域,特征距离大,如果使用特征点匹配的方法,严格阈值下难以获得足够数量的匹配对,放宽阈值又将引入较多误匹配对,这也是导致稀疏点云不够均匀的原因之一。在此场景下,本文提出了基于动态极坐标参数化的无人机正视影像匹配算法,首先对图像做极坐标参数变化,采用动态策略解决极轴方向采样不均匀的问题,使用最小二乘法对得到的极坐标影像对做位移方向上的匹配,匹配后得到的旋转量和平移量,将该结果和SIFT算法的结果做比较。本文设计了2组实验,即参数已知的解算实验和参数未知的解算实验,且每组实验进行3次。在同等配置的计算机上,对两张7360像素×5400像素,32位的影像,本文方法的位姿解算时间相比SIFT的时间减少约57%,二者求得的位姿差通常小于1%。结论表明二者的结果在精度上表现相当,在时间上明显优于SIFT算法,具有实际的应用价值。