MIMO在微小型无人机数据链中的应用

本文阐述了MIMO系统的分类、工作原理及运作方式。针对微小型无人机与地面站系统无线数据通信中的局限性,结合本微小型无人机无线通信的特点,设计出一种基于MIMO技术的无线数据通信系统模型。实际飞行表明,该系统与传统单输入单输出通信系统相比,覆盖范围更广,传输效率更高。     

基于MS5540C的无人机高度传感器设计

飞行高度是无人机飞行控制中重要的控制参数.针对传统高度测量系统的缺陷,设计并实现了具有温度补偿功能的高度传感器.该高度传感器具有体积小、质量轻、数据稳定、响应速度快等优点,特别适合微小型无人机的使用.经过某小型无人机飞行试验,该传感器完全可以达到精确测量飞行高度的要求.     

无人机燃料电池混合动力系统人工神经网络控制策略

目前,全球有200多项在研电推进飞机项目,包含传统固定翼飞机改造、新构型设计、全电推进系统和混合电推进等。近年来,电推进飞机的发展方向可分为纯电动固定翼、电动垂直起降和混合电推进3类。本文针对某小型无人机燃料电池和锂电池组成的混合动力系统,建立了由质子交换膜燃料电池混合动力系统、6自由度飞行器模型和基于神经网络控制器组成的整个系统仿真模型。为了满足无人机不同飞行阶段的电力需求,控制器控制电池电流和充放电速率。在燃料电池作为无人机主要动力源的情况下,对混合动力系统的性能进行验证和评估。对人工神经网络控制器和模糊逻辑控制器性能进行了比较,结果表明,人工神经网络控制器的性能明显提高,增强了无人机混合动力系统的整体稳定性。人工神经网络控制器在效率和油耗方面比模糊逻辑控制器略有提高,约为1%。这说明在这类系统中,所设计的神经网络控制器比经典控制器具有更强的鲁棒性,更好的响应能力、可靠性,可满足无人机燃料电池混合动力系统运行在最优水平和最优效率上。     

风速对小型旋翼无人机螺旋桨的影响分析

为研究风速对小型旋翼无人机的气动特性的影响,在中国民航大学风洞试验室模拟不同来流下无人机的飞行状态,通过动力测试系统测量螺旋桨的拉力、扭矩、系统效率、桨力效等参数,并分析了风速对螺旋桨性能参数的影响。并进行了计算流体力学(CFD)数值模拟,计算了T-MOTOR直径558mm的碳纤维螺旋桨,并与试验结果进行对比验证模型的有效性。通过试验与数值模拟分析风速影响下小型旋翼螺旋桨不同风速与不同转速的参数变化。结果表明,数值模拟与风洞试验具有一致性,其中扭矩误差在5%以内,拉力误差在13%以内,且风速对小型旋翼无人机动力系统参数具有极大的影响,对无人机飞行的安全性具有严重的威胁。通过研究可为小型旋翼无人机的优化与风速对适航安全提供参考。     

一种小型无人机的机载计算机软件系统设计

针对某小型无人机的飞行任务要求,设计并实现了该无人机机载计算机软件系统.通过对该无人机航电系统结构特点进行分析,提出了软件系统结构的层次化设计方法,并利用模块化设计思想对软件系统进行任务划分.按照ORB机制设计了系统进程间的通信方式,采用状态机设计方法实现了系统的应急策略.所设计的机载计算机软件系统结构优良,层次清晰,具有高度可扩展性和可继承性.半物理仿真试验和外场试验结果表明,该机载计算机软件系统功能正常,运行稳定.     

一种小型旋翼无人机平台的设计及飞行验证

研究了具有航拍和图像识别功能的旋翼无人机平台设计及工程实现方法。从直升机总体设计的理论出发,介绍了该旋翼无人机平台的设计及试飞验证过程。提出了总体方案及总体布局。在现有模型直升机的基础上,进行了旋翼与整机的匹配、球形云台的设计、动力系统的选择,及各种传感器的集成等方面的设计,并最终经过外场试飞实验验证设计的可行性。为进一步研究小型无人直升机提供了参考。     

基于Solidworks三维建模的无人机结构设计及气动仿真

针对传统的无人机设计中实际气动特性差、结构设计低的问题，提出采用Solidworks对某小型电动无人机进行三维建模，使用Solidworks集成的Flowsimulation与Simulatiom有限元仿真技术对无人机进行气动优化、结构设计及静力学仿真，通过3D打印技术制作该无人机的样机，在内蒙古大学、内蒙古工业大学和呼和浩特市现代信息技术学校进行试验，将样机试飞试验的结果与软件估算及仿真数据进行对比，验证了Solidworks三维建模与快速仿真技术在无人机初步设计中应用的可行性及仿真结果的准确性。     

基于八旋翼无人机快速制作城市景观图的探讨

轻小型无人机具有成本低、操作简捷、机动灵活、获取影像分辨率高及现势性强等诸多优点,现已在多个领域广泛应用。本文以配发的八旋翼轻小型无人机为例,简要介绍了其航摄系统的构成,性能特点和作业流程,分析了轻小型无人机存在的主要问题。基于该型无人机获取了兰州市部分"兴趣点"的高分辨率影像,对快速制作景观图进行了试验和探讨。     

基于四元数EKF算法的小型无人机姿态估计

针对小型无人机设计的姿态测量系统,提出一种用于小型无人机姿态估计的四元数扩展Kalman滤波算法.该算法通过建立四元数姿态运动模型和航姿传感器测量模型,构建了以四元数和陀螺仪随机漂移为状态向量、以加速度计测量值和磁阻仪解算的航向角为观测向量的扩展Kalman滤波器,并设计了自适应测量噪声协方差矩阵修正法.实验结果表明,该算法不但解决了微机电系统惯性器件用于载体姿态测量时精度低、易发散、易被干扰的问题,而且显著减小了陀螺仪随机漂移对姿态估计的影响,有效提高了姿态估计的精度.     

微小型无人机通信中继的DFS算法优化

针对微小型无人机通信中继的保密安全需求,以及在复杂电磁环境下,存在的节点频率适用度差异问题,对现有的动态频率选择(DFS)算法进行了优化,提出一种基于贝叶斯估计的周期型DFS算法,文章给出了算法处理过程,并进行了理论分析及仿真实验。仿真结果表明,在复杂电磁环境下,算法可以增强微小型无人机通信中继网络的抗干扰能力,提高系统吞吐量。     

微小型无人机通信中继的动态频率选择算法优化

针对微小型无人机通信中继的保密安全需求,以及在复杂电磁环境下,存在的节点频率适用度差异问题,对现有的动态频率选择(DFS)算法进行了优化,提出一种基于贝叶斯估计的周期型DFS算法。给出了算法处理过程,并进行了理论分析及仿真实验。仿真结果表明,在复杂电磁环境下,算法可以增强微小型无人机通信中继网络的抗干扰能力,提高系统吞吐量。     

一种便携式快速拆装超轻无人机的设计与实现

针对传统小型无人飞行器的自重大、单人携带不便、外场组装和拆卸耗费时间过长等问题,设计和实现了一种便携式快速拆装超轻无人机。该款无人机解决了传统无人机有效装载量小和便携性不好等问题,能够实现外场快速拆装,大大提高了工作效率。设计制作及飞行试验结果验证了设计方案的可行性与实用性。     

基于开源软件的无人机飞行仿真

飞行控制算法设计和仿真是无人机研制的关键步骤。为了缩短无人机飞行控制算法设计周期和试验成本,本文对无人机纵向和侧向控制算法进行了设计,并基于开源软件开发了固定翼无人机可视化的飞行仿真系统,对飞行控制算法进行仿真实验。仿真结果显示,飞行仿真系统实时且直观,通过对飞行仿真试验数据的综合分析,验证了飞行控制算法的有效性,该飞行仿真系统可广泛应用于无人机飞行控制算法的仿真验证。     

小型无人机导航系统硬件设计

为提高某小型无人机导航系统的信号综合能力,结合低成本的设计思想,给出了某无人机导航系统的硬件设计方案。研究了惯性导航数据的采集过程。安排了17路数据的采集通道和采集时序。利用DSP丰富的串口资源,为硬件系统与半物理仿真平台及实际飞行器双方面的通信留出了接口。缩短了无人机的开发周期。通过半物理仿真实验,检验了硬件系统的实时性与准确性。该系统体积小、功耗低,可实现捷联惯导与GPS组合导航对外部数据的需求。具有一定的工程应用价值。     

小型无人机滑跑航向纠偏及增稳控制设计

为解决小型无人机地面滑跑纠偏过程中易发生的侧翻问题,建立了无人机地面滑跑数学模型,分析了无人机滑跑侧翻的原因,设计模糊增稳控制器,模糊协同控制前轮转向、升降舵和副翼偏转,增加无人机的滑跑稳定性.提出只纠正无人机航向角偏差的纠偏控制方案,降低无人机侧翻风险.设计基于蚁群算法的模糊PID纠偏控制,应用蚁群算法对PID参数离线寻优,用模糊控制对PID参数进行在线调整.仿真和试验结果表明,本文设计的航向纠偏及增稳控制系统能有效纠正无人机航向角偏差,增加无人机在滑跑纠偏过程中的稳定性,防止无人机发生侧翻.      

恶劣环境下无人机双旋翼故障的智能监测系统设计

当前无人机双旋翼故障检测系统在恶劣环境下的抗干扰性能差,无法正常运行。设计一种小型、智能的适用于恶劣环境下的无人机双旋翼故障监测系统。首先规划了系统的总体结构,将便携式工控机作为系统运行的核心,用于对故障进行检测、提取故障数据进行存储和分析。然后利用数据采集模块对恶劣环境下无人机双旋翼相关数据进行采集,通过RS485总线完成主机和被监测无人机之间的数据传输。利用信号测试卡模块对数据采集模块接收的数据进行逻辑测试和故障诊断。最后采用无人机双旋翼故障检测算法对故障进行检测。实验表明,所设计系统具有较高的监测效率和精度,诊断效果良好。     

基于神经元PID控制的无人机DSP飞控系统设计

航空科学技术的进步和应用领域的扩展不断推进着无人机飞控系统向着高精度、低功耗和小型化方向发展。针对小型无人机飞控系统在功耗、成本、可靠性以及集成度等方面的较高要求,设计了一种基于Freescale M56F807型DSP和神经元PID控制策略的飞控系统,详细阐述了系统的设计思想以及硬件、软件基本结构和控制策略。采用了时域信号的取样积累平均方法,减少了算法的实现难度,提高了采样精度。对硬件设计中的关键技术进行了研究和探讨,所设计的系统具有设计精炼,可靠性高,开放性好等优点,取得了较好的实验效果。基于DSP的现代高速数字处理飞控系统,能够赋予无人机更大的机动性、更高的灵活性和更广泛的适用性。     

适于滑坡监测的小型无人机遥感系统构建及其应用

构建小型无人机遥感系统,实现对滑坡等地质灾害的常态化监测,对于防灾减灾具有重要现实意义.本文以近年来利用小型无人机遥感针对三峡库区滑坡开展的多次监测实践为基础,构建了一套适于开展滑坡监测的包括无人机机体及飞控、拍摄系统、地面监控等在内的小型无人机遥感系统,并详细阐述了包括航线规划、相机拍照设定、飞行前检查、飞行作业、飞行后检查等在内的滑坡监测流程,最后介绍了具体实例.结果表明,利用小型无人机遥感系统可以获取滑坡正射影像、数字高程模型等遥感成果,进而快速圈定变形区,解决地面调查难以发现或准确确定变形范围的问题.     

双电机驱动电动车动力系统试验平台设计

为了满足双电机驱动电动车动力系统开发与测试的需求,搭建了基于实时控制器的试验平台测控系统。依据动力系统测试功能的需求,对平台进行了结构设计。基于LabVIEW软件开发平台,设计了平台测控系统软件,并开发了可实现控制部件间控制器局域网络(CAN)通信的平台通信系统。分析了电机特性参数和转矩分配系数对双电机动力系统功耗的影响规律,验证了电力测功机道路负载模拟功能。测试结果表明:所设计的双电机试验平台能进行动力系统部件特性参数试验、转矩分配试验和道路模拟试验,满足双电机驱动电动车动力系统开发与测试要求。     

小型长航时太阳能无人机总体设计优化方法

为解决小型长航时太阳能无人机总体设计中能量获取过程精确度低、设计参数区间寻优困难的问题,基于能量平衡原理提出了"小型低空长航时太阳能无人机总体设计优化方法"。为准确表征太阳辐射强度,引入了大气质量和大气透明度系数,用直射辐射强度和散射辐射强度建立了无人机的太阳辐射模型;基于太阳能飞机能量原理,结合太阳辐射模型和能量关系,统计无人机质量分配并参数化建模,建立了能量平衡模型并进行了验证;提出跨夜剩余航时的概念,以跨夜剩余航时最大化为目标,利用遗传算法进行优化,得到最优设计参数和方案。以6月22日在西安执飞为例进行优化设计,研制试验样机进行了飞行试验。研究表明,验证机具备跨夜飞行能力。