基于MPC-PSO的无人机在线航迹规划

研究了无人机在战场环境部分已知突然出现动态威胁情况下的三维在线航迹规划问题.采用"预规划-在线轨迹跟踪"的模式,根据已知的环境信息,离线规划出UAV的参考航迹.然后UAV在飞行过程中,需要在跟踪参考航迹的基础上,对UAV未来一段航迹进行预测,然后利用粒子群算法优化出UAV的最优(或次优)的飞行航迹.与传统的在线规划方法粒子群和稀疏A*搜索算法相比,该方法有效地提高了规划航迹的可行性和实时性,降低了算法的复杂度.仿真表明该算法是一种有效的无人机路径规划算法.     

快速的飞行全过程航迹预测

该文提出一种面向空中交通管理的飞行全过程快速4-D航迹预测方法。以导航数据库和飞行计划为基础,对从起飞跑道至降落跑道的飞行全过程进行仿真预测。采用质点模型以保证预测速度;设计了终端区非精确定义航段之间的过渡轨迹保证结果完整性,考虑终端区高度及速度限制以保证结果真实性;基于WGS-84地理坐标系统进行航迹空间结构计算以保证结果准确度。仿真了北京首都机场至上海虹桥机场的飞行实例,并通过和实际飞行数据的对比验证了该方法的高效性。     

基于形态特征的终端区进场中心航迹识别方法

为了挖掘终端区进场航空器交通流的分布特征,量化分析空中交通的复杂性,提出了一种基于多特征轨迹相似度和密度峰值聚类(Density-peak Clustering, DPC)的中心航迹提取方法。首先,采用单向距离(One Way Distance, OWD)计算轨迹之间的形状和物理距离,并结合空管实际运行航迹数据特征,考虑航迹之间的位置属性和航向属性,定义多特征航迹相似度模型。其次,使用密度峰值聚类算法对航迹数据进行聚类分析,提取聚类结果中每一簇中具有最高密度的真实轨迹作为中心航迹。最后,对双流国际机场终端区历史航迹数据进行实验分析,使用轮廓系数指标和基于密度的指标进行评价,并与层次聚类算法进行对比。结果表明,轨迹被划分为8个不同形态的类簇,该方法可以直观有效的识别出轨迹的整体运动特征并精确提取出真实的中心航迹。     

利用相位/多普勒频率对机动目标的UAV无源定位系统

针对传统的基于角度及其变化率等UAV机载定位系统作战区域小,精度低,跟踪收敛速度慢等缺点,提出了在相位差及其变化率的基础上引入多普勒频率信息进行UAV机载定位跟踪的新方法。考虑目标不同的运动状态,对模型进行了推导和分析,采用修正协方差的扩展卡尔曼滤波(MVEKF)算法进行数据处理。通过计算机仿真,改变目标的速度,对结果进行了比较。证实将多普勒频率和相位差信息相结合进行定位跟踪时,降低了UAV导航设备的精度与目标未知的初始状态在计算过程中所带来的影响,有效地提高了定位精度与稳定性,扩大了UAV机载平台的任务范围。     

基于机器人操作系统的液压机器人自主导航系统设计与实现

在机器人两轮差速运动模型分析的基础上,根据运动模型的航迹演算公式可实时计算机器人轨迹姿态。基于机器人操作系统架构平台设计了机器人本体、机器人底座、驱动液压马达、导向轮、激光雷达等7个关节和连接的结构模型。各机器人关节坐标系变换关系经过Tf实时发布,用于计算机器人位置坐标信息。针对液压机器人没有配备编码器和视觉系统的不足,系统采用2D平面激光里程计模型(RF2O),通过建立连续激光扫描点对距离的流约束方程获得机器人平面运动估计,进而得出激光雷达的速度和机器人实际运行轨迹。设计了自主导航软件系统,实现了导航地图构建、定点任务导航和多机器人管理等功能,并对机器人定位导航精度进行了测试,分析对比多次指定位置和导航位置的数据差异,结果表明机器人导航定位精度达到设计要求。     

基于改进蚁群算法的无人机航迹规划

针对无人机在指定地点执行侦察、 巡逻或攻击等任务, 将无人机执行任务的航迹代价模型转化为旅行商问题, 采用改进蚁群算法实现航迹规划。通过引入去交叉禁忌搜索策略, 对基本蚁群算法进行改进, 以解决在收敛后期易陷入局部最优的问题。同时, 利用数值仿真对所研究的基于改进蚁群算法的无人机航迹规划算法进行验证。仿真结果表明, 该算法能提高了无人机航迹优化能力。     

复杂网络条件下多UAV集结问题非合作求解方法

针对复杂网络条件下多UAV系统任务区集结问题,提出了多机非合作求解方法.首先,基于协调变量和协调函数,建立多UAV集结问题的分布式求解框架.从任务特征出发,改进多智能体时延相关平均一致性算法,提出非合作优化一致性策略.该方法更强调平台的轨迹控制,弱化UAV对路径规划算法的要求,不仅能够降低集结问题的求解难度,而且使多UAV系统具有较强的动态响应能力.仿真实验验证了非合作优化一致性策略的正确性,多UAV能够在复杂网络条件下实现任务集结.     

无人飞行器双目视觉位姿估计算法改进与验证

针对无人飞行器(UAV)在未知复杂环境下的导航问题,提出一种基于双目视觉的UAV位置和姿态估计算法.利用基于非线性尺度空间的KAZE特征构建立体图像对的特征点检测与描述,用Knn算法进行特征点匹配,导出相机坐标系下特征点三维坐标,用随机抽样一致(RANSAC)算法与L-M迭代算法获得UAV姿态和位置估计值.实验验证结果表明,基于KAZE特征的UAV双目视觉位姿估计算法的准确性、实时性与可重复性好,能满足UAV实时导航要求.     

一种小型无人船导航-制导-控制系统设计与验证

针对具有自主执行任务能力的小型无人船,设计一种有效的导航-制导-控制系统.采用卡尔曼滤波进行传感器信息融合,实现无人船的状态估计;设计一种基于时变前向距离的LOS制导方法,实现无人船直线航迹跟踪;通过设计抗饱和积分PID控制器,使得无人船快速、准确地收敛到期望航向.仿真研究验证了所设计系统的可行性,在"智海1号"小型无人船上进行的实验验证了系统的可靠性和稳定性.     

向人脑学习的UCAV认知导航航迹规划研究

认知导航是支撑无人作战飞机自主飞行的重要导航方式,智能在线航迹规划是认知导航亟待解决的热点问题。为满足无人作战飞机的自主飞行能力需求,从"向人脑学习"的角度提出了无人作战飞机认知导航航迹规划新技术。首先分析了无人飞行器在线航路规划技术的研究现状,指出了其存在的主要问题,总结了技术发展趋势;其次针对当今在线航迹规划技术难以解决的环境/任务智能自适应问题,提出了"向人脑学习"的仿生航迹规划新方法,阐述了新方法的基本内涵与认知循环,明确了认知导航航迹规划的主要功能;最后对认知导航航迹规划的各项关键技术进行了剖析,指明了需要克服的难题。     

基于北斗导航的通航航迹引导与管理系统研究

提出基于北斗导航的通航飞行航迹引导系统设计方案,方案设计使用北斗作为导航源、系统建立自己的导航数据库系统、并生成通航飞行计划航路航迹、使用北斗系统进行定位引导、根据我国空域要求制定偏航边界告警门限等方法构成一个可运用的导航监管系统.对实现北斗在我国航空运行中的实际应用,提高通航目视条件下的飞行安全具有极大意义.     

应急启用备用机场端净空评价方法研究

为解决现行净空评定模型在机场应急启用时不适用的问题,对机场端净空障碍物限制面进行重新确定。通过对飞机初始爬升和准备着陆过程的分析,建立了飞机爬升和下滑性能计算模型。应用Visual C++语言编写了计算程序进行仿真计算,得到了爬升梯度与气压高度的关系式。经航迹测试:Ⅰ型飞机的实测航迹与程序计算航迹的结果绝对误差不超过48m,最大相对误差不超过2.7%;Ⅱ型飞机的实测航迹与程序计算航迹的最大绝对误差不超过100 m,最大相对误差不超过4.2%,验证了模型的有效性,其适用范围广,结果精确。最后通过典型机型爬升和下滑分析,确定了机场应急启用端净空限制面。     

空中机器人(UAV)轨迹规划设计与仿真

研究空中机器人(UAV)的轨迹规划,使空中机器人(UAV)可以在顺利躲避障碍物的前提下从初始点到目标点。通过对空中机器人(UAV)的轨迹环境采用栅格化处理,在基于栅格划归的轨迹环境下运用蚁群算法寻求空中机器人(UAV)从初始点到目标点的最短路径,并在MATLAB中进行轨迹仿真。经过轨迹仿真,可以明显证明基于蚁群算法的空中机器人(UAV)可以寻求一条从初始点到目标点的最短路径。     

无人机协助边缘计算的能量收集MEC系统资源分配策略

针对用户请求的计算任务超出地面基站边缘计算服务器计算能力的问题,提出一种无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)协助边缘计算的最小化系统能量消耗的资源分配策略.通过引入一个搭载边缘服务器的UAV,当用户请求的计算任务超出地面基站边缘服务器计算能力时,用户将超出的计算任务卸载至协助计算的UAV.在...     

基于轨迹数据的导航卫星时空可视性分析研究

全球导航卫星系统是重要的时空信息基础设施,导航卫星的可见数是进行导航卫星定位精度评估的重要依据﹒长期以来,卫星可视性分析主要通过定量观测与实地测量的方式获取,其评估的范围相对有限,无法对城市尺度开展大范围的可视性评价﹒基于此,本文提出了一种基于车辆轨迹数据的大尺度城市导航卫星时空可视性分析方法,即：对轨迹数据进行预处理(包括轨迹数据简化和轨迹点的路网匹配),然后对处理后的数据进行导航卫星时空可视性分析,并通过上海市真实轨迹数据对其进行了验证﹒结果表明：该方法能够快速发现导航卫星高可见区域和低可见区域﹒     

基于蚁群算法的无人机航路规划

为了提高无人机(UAV)作战任务的成功率，在执行敌方防御区域内攻击任务前必需规划设计出高效的无人机飞行航路，保证无人机能够以最小的被发现概率及可接受的航程到达目标点。针对这一问题，对新近发展的蚁群算法进行了讨论，提出适用于航路规划的优化方法，并对无人机的攻击任务航路进行了仿真计算。仿真结果表明该方法是一种有效的航路规划方法。     

星基-仪表着陆系统组合进场策略研究

为适应未来空中交通流量持续快速增长的需求,提高空管运行安全水平,提出一种将星基着陆系统GLS(global navigation satellite system landing system)和仪表着陆系统ILS(instrument landing system)两种进近程序融合使用的新方法,为着陆系统创造一个更经济和精密的进场体制。通过数学建模,将GLS进近数据和ILS进近数据等效在同一个直角坐标系中,仿真计算飞机进近航迹;并求出两种导航源分别与标准航迹的对比误差。仿真和实际验证试飞数据表明,基于GILS(GNSS landing system and instrument landing system)进近体制的组合进场策略可明显提高飞机进近过程导航精度和完好性水平,并提高进近速度,提高进近安全水平。现称该组合进场策略为GILS进场策略。     

GILS组合进场策略研究

为适应未来空中交通流量持续快速增长的需求,提高空管运行安全水平,本文提出一种将星基着陆系统GLS（Global Navigation Satellite System Landing System）和仪表着陆系统ILS（Instrument Landing System）两种进近程序融合使用的新方法,为着陆系统创造一个更经济和精密的进场体制。通过数学建模,将GLS进近数据和ILS进近数据等效在同一个直角坐标系中,仿真计算飞机进近航迹,并求出两种导航源分别与标准航迹的对比误差。仿真和实际验证试飞数据表明,基于GILS（GNSS Landing System and Instrument Landing System）进近体制的组合进场策略可明显提高飞机进近过程导航精度和完好性水平,并提高进近速度,提高进近安全水平。本文称该组合进场策略为GILS进场策略。     

动态步长BI-RRT的无人机航迹规划算法

为解决传统RRT算法收敛速度慢、生成的航径距离过长等问题,提出动态步长BI-RRT算法。首先,采用引向目标的采样策略对空间进行探索以得到采样点,利用动态步长策略确定该采样点的增长步长以确定新节点;之后,通过树枝裁剪策略对新节点进行调整,当探索到目标节点时,算法返回初始航迹,对于初始航迹,应用贪心算法对航迹点进行筛选,以减少无人机(UAV)的无效节点与总航迹长度;最后,利用B样条进行平滑处理,得到一条可行航迹。搭建了二维和三维环境下的仿真地图模型,验证了该算法在保证无人机避障的基础上获得一条有效航迹。动态步长BI-RRT算法在无人机航迹规划方面不仅有实时性强、航迹光滑的优点,而且与分段优化RRT算法相比,在优化航迹节点个数的前提下,提高了收敛速度且降低了航迹距离。     

航迹移动模型下的复飞航迹自动生成算法

随着现代计算机科技的发展以及地理信息技术的广泛应用,飞行程序设计人员可以直接利用数字方式获取使用机场空域内的障碍物位置和高程信息。飞行程序设计已逐步从手工设计阶段过渡到自动化实现阶段。飞行程序设计关注进离场程序、进近程序设计,其中进近程序的复飞航段是飞行过程中最重要的航段,其设计受障碍物分布、高度、导航台位置等诸多因素限制。基于DOC8168文件要求,结合传统复飞程序设计流程,对复飞程序的直线航段、转弯航段以及保护区的设计进行研究,明确了复飞程序设计的关键和难点在于复飞点、复飞爬升点和复飞转弯点的选择以及航迹航向和爬升梯度的确定。利用Arc GIS软件同时结合飞行程序设计流程,运用空间数据处理、编辑和空间分析组件,提出一种复飞航迹自动生成算法。该算法将最优复飞航迹、复飞程序保护区、风螺旋线、直线保护区与转弯保护区的衔接部分等绘制功能实现,且符合飞行程序设计规则要求,同时实现了飞行程序设计流程自动生成的需求。