无人机地面站控制系统设计

起飞降落是无人机的事故高发阶段，特别是在人工控制方式下，因此对控制系统进行研究具有重大意义；通过分析车内外在各控制阶段的分工，自行设计了车外控制器、车内面板和软面板，并定义了它们之间的切换顺序，从而实现了车内外控制的良好互动，增加了起降的安全系数；该设计应用在多个项目中，取得了良好的效果；该设计具有协同简便、切换迅速、设备更换后修改量少等诸多优点，具有重要的商业价值，作为较复杂无人机的一种控制方式，填补了国内的某些空白。

无人机的自主飞行控制

随着自主控制技术的发展，无人机在使用范围上将有较大的突破。高新技术的飞速发展及其在无人机上的不断应用，使无人机向多功能、快速反应及高可靠性方向发展。

无人机机载载荷安装位姿实时测量系统设计

主要描述了一种快速6自由度测量系统的硬件及软件设计,该测量系统能够对无人机遥测平台上机载载荷进行实时安装检测,确保所有搭载的载荷都能实时调整到预定位置上。系统基于视觉测量原理,利用固定式多目标光学靶的空间坐标将物体的空间位置姿态的变化反演出来,实现物体的6D快速测量,其中角度测量重复性为0.05°,位置测量重复性为0.05 mm。

航空汽油机双级涡轮增压器系统的基本模型

为进行高空大气研究或者高空无人侦察,需要使用适合于1至3万米高空低速长航时飞行的加装多级涡轮增压器的活塞发动机系统。本文对于其中的双级涡轮增压器子系统的设计和飞行高度特性分析问题,给出了基本的气动热力学方程组和辅助模型方程组。方程组考虑到最简单的压气机-涡轮共同工作特性,考虑到增压器的总体与部件的气动设计可行条件的约束,发展的计算程序还考虑到必要的一维流动约束条件。这些确保了压气机、涡轮部件的设计存在可行解并可优化。于是得到了一种比总体部件法模拟方法清晰快速得多的基本设计与分析模型。算例已分析出一般双级增压的发动机系统的全功率高度特性的基本规律和物理特征,并随之提供出飞行控制中的增压器子系统和活塞发动机的调节计划数据。

复合无人飞行器气动特性研究

基于对复合无人飞行器三维流场数值模拟计算,比较分析了串列翼布局方案和单机翼布局方案复合无人飞行器在巡航状态下的气动性能优劣。分析了串列翼系统中前后翼气动特性上的差别,前翼的气动效率要高于后翼,前翼要先于后翼失速。研究了前后翼垂直相对距离对串列翼气动性能的影响。计算了不同迎角下全机的气动力系数,通过分析机身和机翼对全机气动力贡献情况,建议对于复合无人飞行器气动设计,机翼设计以获得较大的升力系数为目标,机身设计以获得最小的阻力系数为目标。

利用PHM构建无人机的敏捷保障系统

通过对美国全球鹰无人机系统敏捷保障方案的分析,重点阐明了这一技术和系统设计理念对于我国无人机研制及其飞行保障要求的适用性和实际应用价值,提出了利用故障预测与健康管理、即PHM的手段构建我国无人机敏捷保障系统的一个符合工程实际的技术构架。

基于高光谱激光雷达的绿萝叶绿素3维重建

为了准确重建正反面叶片叶绿素3维分布,利用高光谱激光雷达,采集了不同生长状态的绿萝叶片与植株的空间-光谱域点云数据,设计了一种基于分类预测的重建方法。通过偏最小二乘回归构建叶片正面与反面光谱的叶绿素含量预测模型,采用光谱自适应阈值选择方法实现植株点云中叶片正反面的分类,并根据类别标签选择模型计算叶绿素含量,重建植株的叶绿素3维分布。结果表明,该方法得到的植株叶绿素3维分布更接近真实值,决定系数达到0.69,均方根误差为4.97。这一结果可为植物表型研究提供新的数据基础和理论方法。

一种基于高光谱激光雷达技术的涂改车牌识别方法

利用高光谱激光雷达系统采集涂改车牌空间-光谱域信息,根据车牌逆反射特性,设计基于光谱特征的两次阈值法实现涂改车牌识别。首先计算光谱特征波长,利用一次阈值法分离车牌部分和涂改部分;其次,计算特征波段内车牌部分各点的光谱反射率曲线的梯度值,利用二次阈值法判别涂改类型(背景转字符涂改和字符转背景涂改);最后,根据涂改类型重建正确车牌字符,将重建信息与二维平面数据融合得到正确的二维车牌图像,送给车牌识别系统进行识别。实验结果表明该方法可实现多种涂改材料以及多种涂改类型的涂改车牌识别。

无人机信道下OFDM系统同步研究及仿真

正交频分复用(OFDM)技术由于其高效的频谱利用率和良好的抗多径和频率选择性衰落性能,成为无人机通信链路数据传输技术的一种可能的解决方案。针对无人机数据链系统技术指标要求,给出了OFDM系统参数设计和同步需求分析,提出了有效的OFDM同步技术方案,并在实用的无人机信道下对系统同步性能进行了仿真和分析。仿真结果表明,所提技术方案具有较好的同步性能和误码率性能,能够满足OFDM无人机数据链系统性能要求。

非线性非最小相位系统的控制研究综述

非线性非最小相位系统是指具有不稳定零动态或内部动态的非线性系统,其本身固有的非最小相位特性限制了许多常规非线性控制方法 (如反推控制、反馈线性化、滑模控制等)的直接应用.因此,非最小相位系统的控制比最小相位系统要困难得多,是控制理论与工程应用中具有挑战性的课题之一.本文综述了目前非线性非最小相位系统的研究成果,着重介绍了非最小相位系统的成因、特性、理想内模求解等问题,并对其镇定、轨迹跟踪及路径跟踪等控制方法进行了分析比较.最后,讨论了非线性非最小相位系统研究领域中尚存在的问题,并对其未来发展方向进行了展望.

微小型飞行器航向系统设计

从实用的角度出发,给出了微小型飞行器的航向系统(包括航向测量和航向控制)体系结构.设计了地磁航向、捷联航向、GPS航向等3种常用的航向测量手段在微小型系统中的实现方案,分析了其各自的优、缺点,提出了一种实用的、基于数据融合的航向获取方法.在航向测量的基础上,又设计了针对微小型飞行器的航向控制方案,并应用于某小型固定翼飞行器的飞行控制系统中.进行了自主飞行试验,取得了预期的试验效果.

喷气飞机等高度飞行的航程与航时计算

当燃油消耗率的推力系数为常数时 ,运用解析方法给出了分别要求远航、久航性能时最佳巡航状态 (飞机姿态、速度 )的计算方法 ,并给出了飞机采取等姿态或等速度飞行策略下的航程与航时计算方法 .结论是 ,为得到远航性能要求飞机采取变姿态、变速度飞行策略 ,为得到久航性能要求飞机采取等姿态、变速度的飞行策略 .通过算例表明 ,只要选取的飞行参数接近最佳飞行状态 ,当采取等姿态、变速度飞行策略时 ,也能得到接近最佳远航的航程 .当燃油消耗率的推力系数不为常数时 ,也对上述问题进行了研究 。

基于修正EKF的微小型飞行器姿态估计

分析了常用飞行姿态估计方法在微小型飞行器上应用的局限性，针对基于微机电系统（MEMS）惯性器件的姿态测量方案，构建了以MEMS陀螺仪姿态矩阵解算为状态更新、以MEMS加速度计重力矢量解算为观测更新的扩展卡尔曼滤波器（EKF），推导了相应的卡尔曼滤波方程。为了提高该滤波器抵抗机动加速度干扰的能力，设计了基于M估计的新息修正方法，该方法能有效地抑制载体阶跃加（减）速对姿态估计的影响。最后通过仿真和样机试验对上述算法进行了验证。

基于自适应观测模型交互多模型粒子滤波的红外机动目标跟踪

针对红外目标跟踪问题,提出一种混合观测模型以描述目标像素灰度的渐变以及目标的突然消失或复现,采用在线EM算法对观测模型参数进行更新;将自适应观测模型与交互多模型粒子滤波相结合用于目标跟踪;基于概率排斥原则改进了似然函数,将上述算法推广到多目标跟踪领域.单目标和多目标跟踪仿真结果验证了所提算法的有效性.

战术飞行任务的水平航迹快速生成算法

由于军机的水平航迹规划必须考虑飞机作战生存性和执行任务的有效性，并且考虑规划算法的实时性，所以成为较特殊的优化问题．应用多重尺度奇异摄动法简化了水平航迹规划问题，构成了战术飞行任务的水平航迹快速生成算法．仿真优化计算结果表明，算法能够快速生成水平航迹。

一种用于干扰效果评估的闭环制导模拟方法

针对干扰效果评估需求,提出了一种简便易行的闭环制导模拟方法,即将导引头装在飞艇上,利用导引头测量输出的目标信息,按照导引律的要求,实时引导和控制飞艇向目标方向做制导飞行,以模拟闭环制导控制过程。利用电视导引头搭载飞艇,设定直接瞄准法导引律,完成了多个航次的闭环制导飞行试验。结果表明:飞艇飞行航迹与直接瞄准法导引律要求的理论航线基本一致,飞艇纵轴与目标视线的夹角以及导引头测量输出的离轴角均小于1°,也满足直接瞄准法导引律的要求,从而初步验证了所提出闭环制导模拟方法的可行性。这种作制导飞行的飞艇和导引头,可形象直观地演示、验证干扰效果。

飞行轨迹指令综合跟踪控制器设计

运用多重尺度奇异摄动理论，结合动态逆解耦理论和动态平衡点邻区域优化线性化系统的优化解耦控制律理论，研究了战术任务综合飞行管理系统的综合飞行轨迹指令跟踪控制器系统化设计方法。对Ｆ－１５飞机，设计了综合飞行轨迹跟踪控制器。数字仿真结果表明，设计的跟踪控制器能够控制飞机精确跟踪不同时标集的飞行指令。

ATM系统建模/仿真与评估环境研究

民航系统的快速发展对空中交通管理系统提出了更高的要求,通过建立空中交通管理系统评估体系,采用建模/仿真技术,针对现有空中交通管理系统的问题及未来新航行系统的特点,构建一个覆盖空中交通管理系统运行各阶段、接口灵活、可扩展、模块化好的分布式建模/仿真支撑环境,为空管系统问题的快速建模、空管新技术在业务系统中应用的论证与验证、不同气象和人为条件下的空管系统运行情况等,提供仿真运行环境和评估手段。

FFT-CZT技术在单天线LFMCW无线电高度表中的应用

设计了单天线线性调频连续波(LFMCW)无线电高度表系统,该系统采用矢量对消技术抵消来自环形器泄漏和天线驻波反射的信号。采用快速傅立叶变换(FFT)与线性调频Z变换(CZT)相结合的技术(称为FFT-CZT技术)对发射信号和回波信号混频后的中频信号进行频谱分析(先用FFT技术进行频谱粗分析,再用CZT技术进行频谱细分析),以解决频率分辨率与计算时间的矛盾,提高系统的测量精度和抗干扰能力。仿真分析了单天线LFMCW无线电高度表系统的工作过程。仿真分析结果表明:将FFT-CZT技术应用于单天线LFMCW无线电高度表中是可行的;与传统的模拟体制相比,系统的测量精度和抗干扰能力明显提高,系统可应用于除零高度以外的高度测量中。

基于机动性补偿的GPS／MEMS微惯性器件组合方法

提出了一种新的GPS／MEMS微惯性器件组合方法，并根据组合结构的需求。设计了基于载体机动模型和卡尔曼滤波器的GPS信息滤波算法来获取由于载体轨迹机动引起的加速度，从而对基于MEMS微惯性器件的姿态测量算法进行载体机动性补偿，得到的姿态信息对GPS信号失锁不敏感，避免了传统GPS／INS组合方式在无GPS辅助时由于MEMS器件精度低而导致的姿态误差快速、无限增长的问题，而且运算量小，适合在微小型系统上实现。跑车试验表明，该新组合算法与传统GPS／INS组合相比，姿态精度略有下降，但远好于未作机动性补偿的MEMS微惯性器件的姿态测量算法。