无人机数据链仿真测试平台构建技术的研究

针对通常采用飞行试验或野外"拉距离"试验仿真所具有的试验周期长,可重复性难,数据提取困难和试验成本高的特点,提出一种在暗室实现无人机数据链"拉距离"半实物仿真平台的构建方法,分析并构建了空间自然衰落,大气环境,飞机飞行姿态角等影响信号传输和接收的模型,同时采用了暗室链路标校的方法消除仿真试验条件,暗室试验环境对仿真结果带来的误差影响。仿真结果表明,理论计算功率和实际接收功率曲线趋势是一致的,从而验证了平台的有效性。

DLL技术在无人机地面站仿真中的应用研究

提出一种LabWindows/CVI与GL Studio混编的组件级方法。使用GL Studio开发出虚拟飞行仪表的DLL,在LabWindows/CVI中调用该DLL使之集成到无人机地面站仿真开发环境中。该方法成功应用于某型无人机仿真实验,为扩展LabWindows/CVI在测控领域的应用提供良好的支持。

无人机地面站控制台软件设计

介绍了无人机地面站控制台软件的功能模块,讨论了该软件的设计问题。该软件是在美国NI公司出品的虚拟仪器开发平台LabWindows/CVI上开发的,具有直观与完备的可视化界面,简便易学的操作等特点。该软件经过系统的联调后,从联调结果分析,该软件满足了系统所要求的各项指标。无论从稳定性,还是从实时性上都有相当好的表现。

小型无人机飞控系统软件可靠性设计与建模研究

小型无人机硬件受系统造价及其他因素的影响,不能很好地保证小型无人机系统的整体可靠性,而必须通过软件来补充并提高小型无人机系统的整体可靠性;飞行控制系统作为无人机的核心子系统,它的软件可靠性成为了可靠性保证的重中之重。文中首先论述了某小型无人机飞行控制软件的系统结构以及软件可靠性设计的方法和过程,然后利用白盒测试方法结合修正条件/判定覆盖标准对该软件的可靠性进行了测试;测试过程中,通过设计4组不同的测试用例,检验这些用例所对应的测试路径是否与实际情况相同;实验结果表明,所设计的方法满足软件可靠性测试的需要。

无人机数据链信道编码模拟方法研究

信道编码是提高通信可靠性的重要途径,针对无人机数据链传输遥控/遥测指令时的高可靠性要求,研究了无人机数据链信道编码模拟方法;该方法通过信道编码码流生成、传输信道模型的解算与加载、微波仪表实时驱动、多线程编程与线程同步等技术,在微波暗室环境内模拟了码率可变的卷积码、Turbo码、LDPC码的编解码算法;仿真验证结果表明,通过信道编码模拟方法,验证了无人机数据链的信道编码与解码方案,使数据链的误码率达到了10-5以下,满足了无人机数据链高可靠性要求。

基于SCADE的无人机三余度飞控系统设计及实现

利用一种嵌入式软件开发的新方法——嵌入式代码自动生成软件SACDE研究了无人机三余度飞控系统的开发。通过与传统三余度飞控系统开发方法进行了对比,说明了使用SCADE开发的无人机三余度飞控系统具有成本低、周期短、安全性高、交互界面友好等优点,并在很大程度上实现了该软件开发的自动化。

垂直起降固定翼飞翼布局无人机过渡飞行纵向稳定性研究

针对由两个主涵道风扇和一个前涵道风扇组成垂直升力部件的垂直起降固定翼飞翼布局无人机,估算出风扇推力和喷流/机翼的诱导气动力,考虑到过渡飞行过程的气动干扰明显和配平控制量变化较大的影响,并且为了防止无人机进入失效陡壁,提出一种预置飞行迎角加速到安全速度后,先关闭主涵道再关闭前涵道风扇的过渡飞行控制策略,分析了无人机平飞速度、涵道风扇入口来流、出口喷流对配平和过渡飞行纵向稳定性的影响,得到了涵道风扇的作用减小了过渡飞行的短周期稳定性、增加了长周期的阻尼的结论。

基于Vega的无人机视景仿真应用研究

在Vega/Creator虚拟现实开发环境下,运用LOD(levels of detail)、DOF(degree of freedom)等多种三维场景建模的关键技术和实现方法,设计完成了无人机地面站视景仿真软件,提出了"数据接收与驱动同步"的软件设计方法,该软件在无人机半物理仿真试验中得到了很好的应用,满足了系统对实时性和流畅性的要求。

基于计算机视觉/INS的无人机自主着陆组合导航研究

提出了一种基于单目视觉/INS组合导航的无人机自主着陆末端导航信息提取的新方法;它只需要检测跑道上的两个特征点再结合?导系统的姿态角信息,就可以直接解算出飞机相对于机场的位置矢量;由于直线具有明显的可观性,所以对于特征点较难提取的可以通过对两条跑道边缘线和一条着陆阈值线进行检测,然后取阈值线与跑道边缘线的交点作为特征点;依据成像的几何原理,对算法进行了详细的推导,最后通过着陆实验表明该方法的提取与转换是切实可行的。

三旋翼无人机在运动甲板上的着舰控制研究

在无人机着舰最后阶段,舰船的甲板运动严重威胁着无人机的着舰安全,其中,沉浮和横摇运动威胁最大。为了使无人机能够安全着舰,研究了在运动甲板上着舰的控制策略,该控制策略可以有效减少甲板沉浮和横摇运动对安全着舰的影响。它通过测量舰船的横摇和沉浮运动,并根据测量的历史数据预测未来2~3 s内着舰时的状态,再配置以稳定的下降控制,使无人机实现安全着舰。另外,为了控制触舰时飞机与甲板之间的相对垂直速度,采用了2种速率控制方法进行了仿真比较。经过仿真分析验证,该控制策略下,2种下降控制方法都能使着舰时的性能指标符合要求。

LQG/LTR在无尾无人机跟踪系统设计中的应用

针对无尾无人机跟踪系统的特性,加之所研究的是多输人多输出(MIMO)系统,运用LQG/LTR方法进行控制器的控制律设计;仿真效果通过时域分析和频域奇异值伯德图分析相结合的方式实现,仿真结果表明运用该方法所设计出的控制律具有良好的鲁棒性和解耦性,能够较之经典设计方法更好地完成设计要求,设计步骤清晰;这种方法可以应用于其它控制对象。

无人机绳钩回收仿真研究

比较了几种典型的固定翼无人机回收方式。针对舰载无人机,分析了绳钩回收方式的优点,给出了绳钩回收方案。通过分析绳钩回收情况下无人机的受力状态,建立起无人机绳钩回收仿真模型,并以某型舰载无人机为对象,在Maltab/Simu-link中进行仿真验证。仿真结果可以得出无人机过载和回收制动力都在合理范围内,表明此无人机绳钩回收方式是可行的。

非定常气动力对垂起固定翼无人机动力学的影响

由于垂起固定翼无人机结构复杂,无论是采用数值模拟得到其非定常气动力还是采用单刚体建模方法建立其动力学模型都较为困难。为了解决该问题,通过CFD数值模拟机翼翼型的迟滞环线,引入无人机俯仰运动所产生的迟滞效应,通过ONERA方程建立无人机垂起改平飞过程的非定常气动力模型,最终基于多体动力学,将无人机划分成机翼、机身、旋翼、舵面的多刚体系统,通过凯恩方程推导并建立无人机动力学模型,通过数值仿真可以发现:多体动力学的方法适用于这类结构复杂无人机的建模,引入机翼的迟滞环对无人机的俯仰运动起阻尼作用;引入非定常气动力与未引入非定常气动力相比垂起速度存在8%的差异,垂起改平飞过程结束时两者上升速度存在40%的差异。

太阳能无人机控制律设计

在地面太阳辐射计算模型基础上引入大气透明率,建立了用于太阳能无人机的随高度变化的辐射模型,并对赤纬角的计算做了修正,使之更为简洁;结合太阳能无人机能源约束等特点,从能量转化角度设计控制器:由剩余能量控制高度变化率,由电机功率差值控制螺旋桨差动实现平面内转弯;避免了传统的控制方法带来的控制指令超出能量所能提供的范围或超出机体结构强度的负荷等不合理现象,得到了更为直观的控制效果。

能量状态法的无人机节油轨迹优化

应用能量状态法研究了高空长航时无人机节油飞行的最优轨迹问题。构建了基于能量状态法的质点运动模型,简化了传统运动模型的维数,并利用变分法提出了基于能量控制的性能指标,推导出飞机纵向飞行过程(爬升、巡航和下降)的优化方程,得到整个飞行过程的全局最优解,给出了一种适用的算法,利用Matlab对该算法进行了计算仿真。仿真结果表明,优化的节油轨迹算法效率较高,可节省飞机燃油、缩短航行时间。

无人机自主飞行任务管理器规则集的Petri网建模与验证

针对规模与复杂度日益增大的自主飞行无人机任务管理器策略规则集,提出采用将"颜色"表达为质数形式的改进的有色Petri网方法对规则集进行建模研究,并依据改进的有色Petri网模型运行过程中各库所内托肯数值的特征设计了规则集存在问题的判定准则。采用该方法对某无人机自主飞行任务管理器规则集进行了建模与验证,结果表明了该验证方法的有效性。

无人机绳钩回收系统参数设计

以某型无人机回收方案设计研究为背景,分析影响无人机绳钩回收系统回收性能的参数,对无人机绳钩回收系统建立多目标优化模型。运用多目标遗传算法进行优化设计获得优化结果。多目标优化用于无人机绳钩回收系统参数优化,可以更加合理地评价回收系统参数最佳组合,提高设计效率。结果表明,通过改善绳钩回收系统参数,回收性能得到优化,无人机拦停时间减少,在实际回收中有一定参考价值。

无人机导航地面站软件研究

介绍了一种新的基于矢量地图和虚拟仪表技术的无人机导航地面站软件,在此基础上实现了导航地面站航线规划和目标跟踪功能.此外,该导航地面站软件采用基于LabWindows/CVI的虚拟仪表技术,将虚拟仪表与导航地图相结合,直观形象地反映出无人机的飞行状态,应用在半物理仿真实验中,提高了实验效率.

无人机自动着陆低空纵向导引与瞬态抑制研究

针对某型仪表着陆系统下滑信标在30 m以下高度不可用的情况,以及控制器切换时舵面会出现瞬态跳变的现象,分别提出采用无线电高度传感器和在控制器切换时加入软化环节的方法来解决这两个问题。并进一步说明使用信息融合滤波技术实现组合制导的可行性。仿真结果表明,系统工作稳定,舵面跳变减小了76.9%,能导引无人机安全自主着陆。

便携式无人机外场测试软件设计与实现

针对传统无人机飞控综合测试系统(ITF)结构复杂、体积庞大,只适用于在实验室里做仿真实验的现实情况,设计并实现了一套便携式无人机外场测试系统;介绍了该系统软件部分的设计与实现,包括底层RTX实时环境下的驱动函数设计和上层CVI的人机交互界面开发;详细叙述了测试软件的运行流程和模块化的软件设计思路,同时结合实际提出了一种多串口的数据管理模式;结果表明,该软件在无人机外场测试环境下运行稳定,各功能模块工作正常,为无人机安全试飞提供了保障。