项目驱动教学法在无人机系统技术勤务实践教学中的应用

针对无人机系统技术勤务课程实践课时量大,且与后续岗位任职紧密关联的特点,改变传统“教员示范,学员操作”的教学模式,将项目驱动教学法应用到课程实践教学中。首先,阐述项目驱动教学法的基本原理和实施步骤,探索该课程采用项目驱动教学法的可行性。在此基础上,将项目驱动教学法应用到课程部分模块的教学。实践结果表明,采用项目驱动教学法能够提升学员学习积极性和主动性,取得良好的教学效果。

面向无人机通信安全的波束成形策略研究

在多天线无人机空对地通信系统中,假设窃听节点的信道状态信息未知,提出基于位置信息的三维波束成形策略,推导出该系统中的安全中断概率表达式。根据该表达式,构建运动约束和位置约束下的系统安全中断概率最小化问题,提出无人机波束成形向量和飞行路径的联合优化算法,研究了天线类型、天线数目等对系统安全中断概率的影响,仿真结果证明了理论推导的准确性以及算法的有效性。

基于垂直区域宽度分解的无人机覆盖航迹规划

为解决多无人机执行区域覆盖任务时,存在覆盖效率低的问题,提出了基于垂直区域宽度分解的无人机覆盖航迹规划算法。首先,为了尽可能以最少的转弯次数完成任务,提出了垂直区域宽度分解法。然后,考虑到实际运用中由于飞手数量与无人机数量不匹配,导致资源分配不均的问题,使用垂直区域宽度分解法将任务区域分解为待覆盖的子航迹集合,并建立了以时间代价为目标函数的混合整数线性规划子航迹分配模型,来根据飞手数量与无人机数量动态的将子航迹进行均衡分配,达到提高覆盖效率的目的。最后,通过仿真实验验证了该算法的有效性。

无人机数据链系统性能指标检测设备设计与实现

针对现今无人机数据链系统因缺乏必要的检测与诊断设备而难以形成保障能力的现状,研制开发无人机数据链路系统整机性能指标测试设备,不仅可完成数据链路系统性能指标测试功能,还可为保障人员完成数据链设备故障诊断提供技术支持,测试结果表明,该测试仪能够实现自动测试,其测试精度等同于常规测试,测试效率明显提高。

类比教学法在无人机测控系统课程教学中的应用研究

针对无人机测控系统构造与维修课程教学中存在的概念抽象、不易理解的问题,将类比教学法应用到该课程教学实施中.阐述了类比教学法的基本原理及实施步骤,并对该课程的学情进行了分析,探索了该课程采用类比教学法的可行性.在此基础上,将类比教学法应用到课程中部分模块的教学.实践结果表明,采用类比教学法能够提升学员的学习积极性,取得了良好的教学效果.

面向城市环境的四旋翼无人机在线避障航迹规划方法

针对面向城市环境的四旋翼无人机的在线避障航迹规划问题,分别研究了常用的快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)和人工势场的改进算法。为了解决RRT算法收敛速度慢、航迹曲折的问题,首先利用概率引导的方式对随机树的生长方向进行引导,然后对航迹进行裁减和B样条曲线平滑处理,生成满足四旋翼无人机性能要求的可行航迹;为了解决人工势场法陷入局部极小值和振荡的问题,首先利用改进的势场函数生成初始航迹,然后利用航迹点裁剪和B样条曲线进行优化,得到最终规划航迹。最后在城市环境模型下,从算法规划时间、规划航迹长度和转折角度3个方面将改进RRT算法与改进人工势场法进行仿真比较,结果表明改进RRT算法更适用于四旋翼的在线避障航迹规划。

多无人机协同侦察任务规划方法研究综述

由于军事侦察任务的复杂性不断提高,且侦察方式逐渐向多无人机协同的方向发展,而任务规划是无人机执行侦察任务的关键技术,因此研究多无人机协同侦察任务规划方法具有重要意义。根据侦察对象的不同将其分为“点对点”协同侦察和“点对面”协同侦察两种任务模式。对于“点对点”协同侦察,对其目标分配算法与航迹规划算法的原理、优势与不足及改进方法进行了分析,介绍了航迹平滑的常用方法。对于“点对面”协同侦察,从环境信息是否可知的角度对当前的侦察方法进行了分析并总结。最后指出了未来多无人机协同侦察的发展趋势为多无人机携带多种载荷对环境未知的区域进行多角度覆盖侦察。

分段优化RRT的无人机动态航迹规划算法

针对突发威胁,无人机重新规划局部航迹的问题,提出了分段优化快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)的无人机动态航迹规划算法。首先利用分段优化RRT算法生成全局航迹,然后根据突发威胁的相关信息确定局部航迹的起点和终点,最后利用分段优化RRT算法生成局部航迹,绕过突发威胁并回到原航迹。实验结果表明算法运行时间和路径代价都降低了10%左右。对于动态航迹规划,该算法的鲁棒性与实时性较强。

基于改进RRT算法的四旋翼无人机航迹规划

针对传统的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法收敛速度较慢、规划航迹曲折的缺点,提出基于启发式引导策略、动态步长策略、双层平滑度优化策略的综合改进RRT算法。利用概率对随机树的生长方向进行引导;采用动态步长进行未知空间的搜索;通过双层平滑度优化策略进行规划航迹的平滑,规划出适合四旋翼无人机飞行的可行航迹。与其它改进方法进行仿真比较,实验结果表明,综合改进RRT算法规划的航迹更短且平滑度更好,已将其应用于四旋翼无人机两种类型的突发障碍的航迹规划中。

基于最小转弯半径的无人机转弯航迹规划算法

针对目前固定翼无人机在区域覆盖侦察任务中无法以最小路径代价实现航带间转弯飞行的问题,提出一种基于最小转弯半径的无人机转弯航迹规划算法。依据无人机情报处理对于航片旁向重叠率的要求,确定航带间距;依据无人机飞行速度及姿态数据,确定无人机的最小转弯半径。提出转弯航迹规划算法,规划航带间转弯航迹。实验结果表明,该方法降低了15%左右的路径代价,提高了无人机在航程有限的约束下,完成任务的可行性。

基于规则的无人机编队队形构建与重构控制方法

针对已有方法在无人机编队队形控制方面的不足,结合无人机系统有限范围感知的特点提出一种基于规则的队形控制方法。首先,利用目标位置选择算法为编队成员选择刚体中的期望位置点,使分布式条件下的复杂无人机编队队形控制问题转化为个体对自身期望位置点的追踪问题;其次,通过控制协议的设计引导编队成员对自身的期望位置点进行追踪和避免碰撞;最后,在netlogo平台上实现了队形的控制;进一步,将目标位置选择算法与基于全局信息的"禁忌搜索"优化算法的效果进行了对比。实验表明:本文的控制方法简单,生成的航迹图简洁、平滑,其效果与基于全局信息的优化效果接近,且可生成任意队形和对突发威胁能主动有效的规避。

基于Hopfield网络的有人机/无人机协同作战效能评估

有人机/无人机(MAV/UAV)协同作战正成为各国的研究热点,针对相关领域目前对协同作战效能评估的需求,探讨了一种基于Hopfield网络的有人机/无人机协同作战效能评估的方法。通过分析有人机/无人机协同作战典型模式,综合“观察—判断—决策—行动(OODA)”任务回路,建立了有人机/无人机协同作战效能评估指标体系,将利用可拓层次分析法(EAHP)和模糊评判法得到的评价数据作为离散型Hopfield神经网络(DHNN)的参考标准,依据DHNN的联想记忆功能设计了有人机/无人机协同作战效能评估模型,并进行了仿真验证分析。仿真结果表明,该方法能够实现对有人机/无人机协同作战效能客观有效的评估。

基于卷积神经网络的无人机图像模糊类型识别

为了提高无人机图像模糊类型识别的准确率,提出一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的无人机图像模糊类型识别方法。通过样本预处理策略对无人机模糊图像样本进行处理,提高了方法的识别效率,同时降低了错误率。提出一种适用于模糊图像灰度频谱图的卷积神经网络结构,并利用训练样本对网络进行训练,增强了网络结构的针对性,提高了训练模型的识别准确率。利用测试样本对训练的网络模型进行测试,验证方法的鲁棒性。实验结果表明,将卷积神经网络应用于图像模糊类型识别,取得了良好的效果,针对实验环境下的无人机运动、离焦和大气散射3种模糊图像类型的识别准确率较高,所提方法的鲁棒性强、实用价值大。

尾坐式无人机过渡模式纵向解耦控制

针对尾坐式无人机不同飞行模式过渡过程中纵向飞行速度和高度的协调控制问题,采用计算流体力学的方法对尾坐式无人机进行了气动特性计算和分析,根据总能量控制理论设计了过渡模式的在线解耦控制策略,为了适应尾坐式无人机过渡过程攻角和飞行速度的大幅变化,考虑阻力的影响,设计了非线性形式的总能量控制系统。通过仿真对比实验,基于总能量控制理论设计的解耦控制器,使尾坐式无人机在过渡过程取得良好的纵向解耦控制效果,验证了算法的有效性。

一种改进的多无人机覆盖航迹规划方法

针对现有无人机区域覆盖侦察航迹规划中对任务区域分解算法复杂、任务规划效率低的问题,提出了一种改进的多无人机覆盖航迹规划方法;首先根据无人机的能力和任务区域的大小及宽度方向确定分区的个数及方向,然后在各子区域内使用“Z”字形扫描方式及η形转弯方法,为各任务机规划侦察航迹;仿真结果表明:该方法相对于现有的多无人机覆盖航迹规划方法具有路径代价低、规划效率高的特点。

基于MN-MEA算法的无人机载SAR相位误差补偿处理

无人机载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR),在成像中更容易受到运动误差的干扰,造成图像质量下降。利用三维空间坐标系的斜距方程分离,可以为无人机载SAR成像提供更多的信息,但该方法并未考虑无人机载SAR成像中的运动误差补偿问题。针对无人机载机动SAR成像的相位误差补偿问题,进行相关研究。结合子图像划分,提出了基于迭代分块处理和误差相位初值模型的改进牛顿最小熵(modified Newton minimum entropy,MN-MEA)相位误差补偿算法,进一步校正了残余空变性误差和运动误差,改善成像质量。

无人机气动弹性与控制综述

围绕无人机静气动弹性、柔性无人机的气动弹性分析、气动弹性非线性和气动弹性主动控制几个方面对无人机气动弹性研究现状做了分析总结,阐述了气动弹性学科分类和相应特点。

有界变化时滞和联合连通拓扑条件下的分布式无人机编队飞行控制策略

针对具有非线性动力学特性的多无人机系统通信时滞在有界区间内变化和网络拓扑联合连通情况下的编队控制问题,提出一种基于一致性理论的分布式编队控制策略。利用LyapunovKrasovskii函数分析编队的稳定性,推导编队稳定的充分条件。该策略不强调时滞的导数特征,并且可将通信拓扑的高维矩阵求解问题转化为若干个连通部分的低维矩阵求解问题,因此适用性广、计算量小、实时性好。通过仿真验证了非线性快变时滞和随机跳变时滞情况下策略的有效性。结果表明,该方法可指导无人机编队快速聚集和收敛至任意对称或非对称目标队形和以目标速度保持飞行。

多无人机协同任务规划研究综述

综述了近年来多无人机协同任务规划系统相关的研究成果,包括了系统架构设计、任务分配和航迹规划方法。无论是在任务规划、分配,还是在行规规划方面都需要遵循相应的原则。一般多无人机协同任务规划系统的整体架构包括了内部数据管理模块、事态/威胁评估模块、检测管理模块、任务分配模块、航迹规划模块、通信模块、协调模块和方案效能评估模块八个部分,每一部分具有不同的功能性。用于任务分配和航迹规划的算法主要有遗传算法、混合整数线性规划算法、合同网算法等;航迹规划过程中,在完成路径规划后还需对其进行平滑处理、安全距离处理和多机协同优化处理等,最终得到最优航迹。

基于三维几何的无人机MIMO信道建模

针对无人机的空地信道环境,提出一种空对地通信环境下的三维椭圆柱无人机多输入多输出信道模型。基于所提信道模型研究了发射机的移动性和高度,并且在考虑地面和路边环境反射的情况下研究了所提信道模型的统计特性。实验结果表明,所提模型的信道统计量与以往的通信信道结果一致。总体而言,由空间相关函数表示的所提信道模型为研究无人机信道通信系统提供了新颖且实用的方法。