基于视觉的无人作战飞机自主着陆仿真系统研究

论述了无人作战飞机自主着陆研究中所涉及到的关键技术,并设计和建立了“基于视觉的无人作战飞机自主着陆实时仿真验证平台”。该仿真平台可以对所提及的多项关键技术进行验证。特别的,系统中应用虚拟现实技术,通过相关硬件使系统形成闭环,可以在数字仿真的环境下,实时验证视觉信号反馈对无人作战飞机自主着陆的影响。基于组件对象模型技术构建的仿真平台具有可重用性好、易于维护等优点。     

无人机自主着陆半实物仿真系统设计

无人机自主着陆系统设计是实现大型无人机自主着陆的关键课题。设计了一种基于分米波仪表着陆技术体制的无人机自主着陆半实物仿真系统,用于设计和验证无人机着陆引导系统的稳定性、可靠性以及相关性能指标,替代工程研制的实际试飞,避免承担风险和节省大量人力物力财力。无人机自主着陆半实物仿真系统设计包括分米波仪表着陆系统地面和机载设备模拟器、无线电高度表模拟器和激光测高仪模拟器、无人机数学模型仿真机和飞行控制仿真机以及仿真主控计算机等。实现了对无人机自主着陆全过程的仿真试验,仿真数据可作为研制无人机着陆引导实物系统的重要参考。     

基于xPC的无人机飞行控制系统的快速原型设计

介绍了一种新的基于xPC的无人机飞行控制系统的快速原型设计方法,分析了设计中需要解决的关键技术,解决如何设计自主硬件的驱动程序,解决如何将设计生成的实时代码嵌入到现有的飞控系统硬件中,并能达到工程应用.构建了基于Simulink的飞行控制系统模型,通过Matlab/RTW自动生成可执行实时代码、在线调整模型参数和监视仿真数据.最后提供了半物理实时仿真平台设计方案,作为设计的验证手段.     

机器视觉辅助的UAV半自主着陆系统

在UAV着陆的导航与控制中引入了机器视觉方法,提出了机器视觉辅助的UAV半自主着陆系统方案,该系统由图像获取与处理、导航解算和地面平台控制模块组成。图像获取模块使用多光谱摄像机和激光测距仪,分别获得UAV的图像和深度信息。图像处理模块使用目标分割和运动分析方法,测量UAV位置。导航解算模块使用Kalman滤波器抑制测量噪声,输出滤波结果用于导航,预测结果控制地面平台跟踪UAV。实时地实现了上述机器视觉算法,并结合虚拟现实环境建立了仿真系统。使用反射内存网络连接该仿真系统与各外部模块,进行了着陆过程联合仿真。结果表明,该系统能够满足UAV半自主着陆导航任务的要求。     

基于高速局域网的组合导航/制导仿真技术研究

提出了基于高速局域网的组合导航/制导仿真技术的原理和开展研究的四个环节,即理论研究、计算机仿真、半物理仿真和实物仿真。建立了基于高速局域网的组合导航/制导仿真平台框架,开发了计算机仿真平台、半物理离线仿真平台、半物理在线仿真平台和实物仿真平台,解决了客户机/服务器间的实时数据传输问题。以惯导/双星/GPS组合导航系统为例详细介绍了四种仿真平台的工作过程,并进行了半物理离线仿真试验,验证了仿真平台的实时性。     

基于区块链的多无人机协同任务分配方法研究

针对多无人机系统自主协同控制缺少统一的底层技术平台和面临的单点失效、信息安全威胁等问题，提出了基于区块链技术构建协同任务规划平台的方法。以多无人机协同任务分配问题为研究对象，将合同网任务分配算法描述为智能合约，应用区块链共识算法实现系统共识，设计出一种安全高效在线实时任务分配方法。采用Hyperledger Fabric开源软件搭建了仿真实验验证系统，并以典型的海洋常规潜艇搜捕应用场景进行了仿真验证，实验结果证实了该方法的可行性和优越性。     

无人机自主着陆地标实时检测方法

在基于计算机视觉的无人机自主着陆过程中,地标的设计与检测是关键问题。提出了一种快速轮廓角点检测算法,并设计了一种新型嵌套三角形图案作为无人机自主着陆地标。首先,利用Suzuki-Abe算法提取的背景及目标的整体轮廓信息,进行目标嵌套轮廓提取;其次,通过改进Douglas-Peucker拟合算法来检测轮廓角点。由于优化了角点个数及最远距离两点的寻找方法,在很大程度上减少了计算时间且降低了复杂度。实验结果表明,在距离地标较远、地标部分信息缺失的情况下,该算法准确快速,适合于无人机自主着陆过程位置实时检测。     

辅助自动着陆技术

对提出的基于机器视觉辅助的无人驾驶飞机自动着陆的导航方法进行了误差分析.系统传感器是安装在光电跟踪平台上的双目摄像机,用以得到无人驾驶飞机的位置信息.图像处理部分主要使用了图像的模版匹配、轮廓提取、角点检测等处理方法,从图像中获得特征区域的中心,利用解析几何的知识求解出无人机进场着陆段的位置参数.通过仿真试验,对文中所提出的图像处理方法的引导精度进行了误差分析,证明了算法的可行性.     

视觉着陆三维合作目标结构设计与定位算法

随着垂直起降无人机的应用热潮,学者们对基于合作目标的视觉着陆方式做了大量研究.针对现有平面合作目标对无人机着陆的局限性,从抗遮挡鲁棒性以及减少其它传感器辅助两个角度,设计了一种新型的三维立体合作目标与定位算法.基于合作目标空间特征,结合多边形的遮挡特性以及自然界的色彩信息,采用归纳法设计出三维合作目标;同时,利用合作目标的几何成像特点,提出仅基于视觉信息的用于着陆导引的位置解算算法;鉴于相机成像的变比例特性,推导出特征提取投影偏差与位置解算精度的关系,并深入分析了对后者的影响.基于Simulink平台搭建相机成像仿真系统,验证了合作目标具有极高的抗遮挡鲁棒性和位置解算精度,并且在多数位置下,偏差估计误差在0.01 m以内,并且不考虑投影偏差的影响下位置解算误差不超过0.1 m,符合设计以及实际应用需求.     

水下航行器热动力系统半实物仿真

针对水下航行器热动力系统设计、研制、试验和验证的需求,研究了半实物仿真系统的设计难点,解决了建模、仿真方法和仿真平台构建等关键技术.在基于MATLAB/sIMULIMJK(精准建,模的基础上,将实物、物理效应模拟器.数据采集设备、测控设备、数学模型通过实时仿真转换工具软件在实时仿真操作系统VXWORKS下有机地结合起来,构建了实时的水下航行器热动力半实物仿真系统.仿真软件采用开放式和模块化设计思路,仿真硬件平台在设计时亦考虑了可扩展性,从而使该半实物仿真系统不仅有效地服务于目前的应用研究,还可为今后的相关研究提供重要的理论和技术支持.     

基于积分滑模控制的无人机自动着舰系统

针对无人机着舰这一特殊环境,为克服系统摄动、未建模动态及各种环境干扰因素的不良影响,从工程实现易行性出发,提出一种新的积分滑模着舰飞行控制方法,避免其受传统积分切换函数滑模控制方法的应用限制,并采用自适应模糊系统抵消外界干扰带来的误差,逼近滑模控制器中的切换项,从而有效降低舵面的抖振。搭建自动着舰综合仿真平台,以国外现役某小型舰载无人机为例,仿真结果表明,该自动着舰系统能较好地克服各种因素的影响,实现无人机安全着舰,着舰性能符合要求。     

无人机视觉导航研究综述

对无人机视觉导航的现有算法从视觉处理和状态估计与数据融合两大方面作了分类总结,重点讨论了无人机获取图像的特征提取、视觉传感器同其他传感器的数据融合、以及实时得到状态估计的各种方法,同时,也涉及了未知环境下地图的建立,最后指出了无人机视觉导航在实际应用中面临的主要问题。     

基于光流的固定翼小型无人机自主着陆控制

以固定翼小型无人机的自主着陆控制为研究背景,提出了一种基于光流的固定翼小型无人机自主着陆控制方法。该方法首先在分析固定翼飞行器着陆段运动特性的基础上,将着陆阶段的控制解耦为对飞行器的横向控制和纵向控制,然后以跑道线作为特征,计算其稀疏直线光流场,并结合摄像机模型以及光流场和速度场之间的关系,用跑道线的水平流作为系统反馈,设计控制系统。最后在Simulink环境下搭建动态仿真系统,仿真结果表明,使用本文方法可以有效实现飞行器的自主着陆控制。     

基于RPPP的无人机自主着舰关键技术研究

在有风浪的复杂海况下，需要自主着舰的无人机与舰船两者相对运动带有极大不确定性，为了提高无人机着舰时相对定位以及控制的精度，确保无人机着舰时的安全性与可靠性，提出一种通过差分对流层误差的相对精密单点定位技术(relative precise point position, RPPP)。该技术仅依靠数据链和载波型卫星定位接收机，消除相同环境下卫星定位相同误差，获得精确相对定位。将比例导引与LQR(linear quadratic regulator)控制器相结合，解决了无人机着舰入射角偏差较大的问题，提高了无人机着舰末段高程方向及入射角度的控制精度。对无人机着舰轨迹进行规划，建立无人机着舰的运动模型，设计无人机着舰横向和纵向的控制律，搭建无人机自主着舰的仿真平台。仿真结果表明，采用上述算法着舰误差控制在0.2 m以下，入射角偏差在10^-3量级，可满足无人机着舰要求。     

基于并联机构动力学模型的标记成像波门预测

在基于双目视觉的并联机构位姿测量系统中,为了简化图像处理、提高位姿测量的实时性,提出一种标记成像波门预测方法。基于机构动力学模型和Unscented卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)算法实现并联机构位姿预测,并利用误差理论建立标记中心像点与并联机构位姿之间误差传递模型,进而实现标记成像波门预测。最后,通过仿真试验验证了标记成像波门预测的可行性。     

无人机集群自组织搜索仿真模型设计与实现

城市威胁背景下无人机集群自组织搜索移动目标问题，是无人机集群作战应用的一个重要发展方向。采用基于Agent的复杂系统建模仿真工具，构建了无人机集群搜索仿真模型框架，设计实现了无人机集群自组织搜索模型。在考虑无人机集群作战可能受到威胁的背景下，展示了无人机集群自组织搜索概念，探索了使用基于概率的有限状态机模型实现集群自主决策的解决方案，并通过案例进行了分析验证。该仿真模型为无人机集群作战应用研究提供了参考案例、模型支撑和实验平台。     

基于自适应动态逆的着舰控制器设计

针对舰载无人机着舰过程中存在参数不确定、舰尾流干扰等问题,设计了一种基于自适应动态逆的着舰控制律.通过动态逆消除了非线性以及多变量耦合,在此基础上加入自适应律,分别设计了俯仰姿态控制器和速度控制器,并应用Lyapunov稳定性原理修正了自适应律并用来处理动力受限时的速度控制问题,保证动力补偿系统的稳定性.仿真验证结果表...     

燃料电池汽车整车控制器仿真测试平台研究

由于燃料电池汽车的新颖性和复杂性，仿真测试是整车控制器初期开发的一种很有效的方法。首先建立了反映其主要特性的燃料电池汽车实时仿真模型和PI调节器型驾驶员模型，然后基于Matlab实时仿真环境xPC、RTW和Matlab GUI功能，并配合通讯卡底层软件的开发、信号调理装置硬件设计和整车通讯协议的制定，系统地实现了燃料电池汽车整车控制器仿真测试平台。利用该平台可以对整车控制器硬件电气特性、底层软件平台和控制算法等进行测试。