无人机飞行模拟仿真平台设计

为提高飞行控制算法的研发效率,降低研发成本,基于数字孪生技术设计一个无人机硬件在环飞行模拟仿真平台。从几何、物理和行为三方面研究无人机数字模型构建方法,将物理实体以数字化方式呈现。设计一种多元融合场景建模法,依据属性相似归一原则进行建筑物划分,编制建模规则,研究曲面数量优化方法,在UE4（Unreal Engine 4）中整合建筑物模型和高程图,创建真实地形地貌的三维可视化飞行场景。以四旋翼无人机F450为例,与飞行试验的对比结果表明,该平台满足了飞行模拟的实时性和稳定性要求,跟踪曲线误差小于2%,对后续控制算法优化和复杂应用场景试飞具有重要的应用价值。     

直升机位置跟踪监测

近年来,由于无人直升机结构简单、飞行灵活等特点,在商用和民用各个领域高速发展。直升机事故也频繁发生。随着直升机技术的高速发展和性能需求,对无人机的自主性提出了更高的要求。该文以无人直升机为试验平台,围绕自主跟踪目标这一需求,设计了一套无人直升机目标监测跟踪控制系统。首先,根据直升机的飞行原理,设计基于PID算法的控制律。其次,以实现目标监测跟踪这一目标,设计了硬件总体方案。最后,整合软硬件,对系统性能进行验证。     

基于无人机的生态环境监测设备协同巡查系统研究

无人机加载生态环境监测设备协同巡查系统作为一项高新技术,具有响应快、受天气与地理空间环境影响小、使用便捷、成本费用低等突出优点。无人机加载生态环境监测设备协同巡查系统集成了长航时无人机加载平台、可机载的水质采样装置、水质监测仪、气体监测分析仪。该文旨在推进无人机在环保领域的技术应用,弥补人工采样和自动监测站点在地域分布上的局限性,为环境监测提供快速、便捷的监测手段,减少天气与地理空间对环境监测的影响,增强环境安全监管的及时性,应对各种环境污染应急事件,为各类环境污染应急指挥提供技术支撑。     

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。     

基于六旋翼无人机的PM2.5低空测量系统

研究PM2.5低空的分布规律对大气污染综合治理提供科学依据具有重要意义。针对目前不便获取低空PM2.5分布数据的情况,开发一套用六旋翼无人机搭载设备进行低空测量的系统。该系统将空中采集的PM2.5数据与机上GPS数据进行融合,并存储到SD卡;同时通过无线将数据实时传回地面,地面站利用基于VC++编写的PC数据监测软件实时监控测量情况。测量结果表明,无人机能够准确稳定的按照规划的航线进行飞行测量,采集数据高效完整。初步测量表明,在5月底在至6月初,南昌地区0~150 m垂直方向上PM2.5的浓度大小无明显变化。     

无人机飞控系统稳定性分析研究

该文以X-48无人机稳定性飞行试验为例,介绍无人机飞控系统稳定性分析试验方法。提出在舵机控制器前加入激励信号,通过激励的飞机响应计算出传递函数,进而进行稳定性分析的方法。并利用我院独有的无人机验证平台系统对该方法进行仿真验证。仿真验证结果表明,无人机飞控系统稳定性分析试验具有工程可实施性,可作为未来我国进行该项试验的参考依据。     

基于北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感网络体系关键技术研究

无人机遥感网络是继卫星遥感网和有人机航空遥感网之后的我国遥感技术体系的重要组成部分。但我国无人机遥感系统机型多、装备分散、应用面广,缺乏统筹规划,难以实现快速调度与合理配置,整体效能较低,而且无人机遥感系统属于"低、慢、小"的飞行目标,我国现有空管技术手段和系统"看不到、管不到",无人机飞行安全管理存在隐患。所以为了充分发挥无人机遥感技术整体优势,统筹无人机遥感科技资源、优化配置,提高无人机遥感科技创新能力、应急救灾快速反应能力,2013年科技部组织863课题"基于北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感网络体系关键技术研究与示范",开展基于北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感网络体系关键技术研究。该文主要论述了无人机遥感网络运行管理机制与规范的研究过程与方法,并形成无人机组网系列标准规范初稿,将弥补国内民用无人机标准规范空白;论述了基于北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感系统飞行监管的关键技术,实现无人机遥感网络对无人机超视距测控和信息传输,将改变我国无人机遥感系统用现有的空管系统监管手段"看不到、管不到"的现状;论述了无人机遥感网络综合运行管理平台的设计思路与技术,为统筹无人机遥感科技资源、优化配置,促进开放共享和综合利用提供技术平台支撑;论述了基于无人机遥感系统的灾害应急节点灾情提取与综合验证节点无人机遥感数据快速处理等关键技术研究,将为应用示范节点构建提供技术支撑。该文初步形成了无人机遥感网络运行管理机制与规范研究报告,5个无人机组网系列标准初稿,形成了无人机导航通讯技术研究、无人机遥感系统网络数据库结构和管理系统概要设计书等研究方案,进行了北斗/GPRS/3G技术的无人机遥感系统飞行监管与无人机遥感网络综合运行管理平台的原型系统的设计与开发,为该课题的"无人机组网关键技术攻关,社会化无人机遥感网络体系初步构建"的研究目标提供了技术支撑。     

大气环境监测车载激光雷达系统通过鉴定

7月14日，中科院综合计划局会同基础科学局对安徽光机所承担的奥运科技项目“大气污染预报、预测和预警技术和设备研究——车载激光雷达”进行了验收。同时，该所的“AML-2车载式大气环境监测激光雷达系统”还通过了中科院的科技成果鉴定。     

西南高原山区作物低空遥感挑战与主要研究进展

实现高原山区作物种植精准监测是现代山地农业精细化管理面临的迫切需求,无人机遥感具有机动灵活、复杂环境适应性强、数据获取快速等优点,适合高原山区农作物精准监测。研究从多云雾天气、地形崎岖、耕地破碎、种植结构复杂、超低空飞行环境等方面分析了高原山区作物低空遥感存在的挑战;总结了无人机飞行平台与数据类型、作物识别与分类方法、作物类型等方面的研究现状;提出建立光谱为核心的作物"时-空-谱"样本库、作物精细分类方法、作物低空遥感数据共享平台等研究与应用方向。为进一步发展现代山地精准农业遥感、探索农作物精准监测和估产提供理论和方法参考。     

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.     

基于ARM处理器的四旋翼无人机自主控制系统研究

为实现四旋翼无人机的自主飞行控制,设计并搭建了四旋翼无人机的硬件飞行控制平台.该平台采用自行组装的四旋翼飞行器作为本体,航向姿态参考系统(AHRS)MTi-G单元作为主要机载传感器,ARM嵌入式系统芯片作为主控制器,AVR单片机作为超控单元.基于四旋翼无人机的非线性动态模型,采用内外环结构的PD控制算法,构造了无人机的位置与姿态跟踪控制器.实现了四旋翼无人机滚转角、俯仰角和水平纵向、横向位置共四个自由度的自动控制.实验结果表明,本文提出的机载控制系统设计取得了较好的飞行控制效果.     

国内首台空间3D打印机研制成功

中科院重庆绿色智能技术研究院4月18日对外宣布,由该院和中科院空间应用工程技术中心共同研制的国内首台空间3D打印机,已经在法国波尔多成功完成抛物线失重飞行试验,能够在微重环境下完成3D打印. 据中科院重庆研究院3D打印技术研究中心主任段宣明介绍,该打印机最大零部件尺寸达200× 130 mm,是美国国家航空航天局首台空间在轨打印机打印尺寸的2倍以上.今年3月上旬,该打印机在法国波尔多进行了抛物线失重飞行试验.     

某型无人靶机连续波电磁辐射效应试验研究

为检验连续波电磁环境下无人机系统的安全可靠性,以某型无人靶机作为试验研究对象,根据工作特性研制了三自由度调节承载平台用以模拟无人机的空中飞行姿态,利用模拟器构建法搭建了测试系统,然后提出了辐射效应评价指标并设计了动态监测系统.通过靶机连续波电磁辐射试验得到,主通道和副通道数据链的失锁频点主要集中在各自工作频点附近,场强阈值在3 V/m内,一部分频点与本振信号频点一致,另一部分敏感频点的2倍频落在工作频点上,少数频点与接收机下变频输出的中频信号一致.此外,试验中出现了由于线缆耦合和传感器电磁防护薄弱导致靶机工作电压升高以致数据链失锁、飞行参数变化和舵机抖动的现象.     

物联网环境下面向能耗优化的无人机飞行规划

为了优化物联网环境下数据采集时无人机飞行能耗,针对现有研究中由于无人机能耗影响因素考虑不全面导致能耗模型不精确的问题,设计了面向能耗优化的无人机飞行规划算法.首先通过构造真实无人机环境并进行能耗实验分析,建立无人机不同飞行状态下的精确能耗模型.其次,根据传感器的分布情况和所建立的能耗模型,提出无人机飞行规划算法,将转弯角度、飞行速度作为影响路径代价的2个重要因素,为无人机确定飞行路径与飞行速度,以使无人机飞行能耗最小化.实验结果表明,无人机的转弯角度和飞行速度对能耗有较大的影响,其中转角能耗平均占比约为10%.所提飞行规划算法能够在同时考虑这2个因素的情况下获得最优的飞行能耗,较已有算法能耗降低8%.     

无人战机自主空中受油能力的作战运用需求及影响

 回顾了美国海军舰载X-47B 无人机实现自主空中受油试验的情况,从军用飞机基本能力要求、空海一体战运用、弱化航母平台制约等角度分析了无人机自主空中受油能力的基本运用模式,探讨了该技术向有人机移植后在机群编队飞行、空中受油能力生成方式变革方面的潜在运用,研究了无人机实现自主空中受油对突破现役防空体系、提高有人机作战效能、拉大与对手技术差距、在“反介入/区域拒止”环境中自由使用等影响,总结了关于外军在空中加油/受油能力建设方面的几点认识。     

2018年无人机研发热点回眸

 2018年，无人机技术、产品、应用、监管等领域取得了系列进展。回顾了无人机集群飞行、载人无人机与飞行汽车、无人机与5G融合、变体无人机、新能源无人机、有人机无人化等前沿热点进展，以及大型无人机融入国家空域、无人机空中交通管理系统和无人机监管法规政策等无人机安全及监管方面的最新进展。     

基于MapX的小型无人机地面站飞行控制软件

针对小型无人机地面站软件仅实现导航功能的局限,提出基于MapX的地面站飞行控制软件集成解决方案.引入MapX控件以提高软件对GIS信息的处理能力,实现无人机航迹导航及飞行状态监视;利用MapX提供的地理信息,结合航迹规划算法,实现航线生成与管理;采用DirectX技术,通过飞行摇杆经通信链路对无人机飞行过程实施干预,实现了小型无人机地面站软件飞行监视与飞行控制功能的整合.经实际试飞验证,该方案提高了无人机的信息管理效率及飞行控制干预效果,能够较好地满足小型无人机的飞行监控需求.     

面向本科生教育的无人机系统设计与综合实践教学探索

探索并建立一门理论结合实际的无人机系统设计与综合实践教学课程,对于办好无人机专业方向本科生教育具有十分重要的意义。该文结合本科生教育教学特点,提出了一种基于当下主流的开源软硬件思想和通用的机器人操作系统来构建无人机实验系统和实践环节的基本方法。介绍了基于开源软硬件构建多旋翼无人机实验系统的基本组成,并提出了无人机三轴姿态平台设计、无人机反恐侦察监视任务设计、无人机智能自主控制拓展实验设计三阶段实践教学设计方法。为无人机专业本科生融会贯通无人机原理与运用、无人机自主飞行控制、无人机任务规划、无人机地面站技术等专业理论知识提供了一种有效的实践教学方法。     

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.     

四旋翼无人机自主飞行控制的设计和应用

旋翼无人机目前广泛应用于各个领域,应用价值较高,不过自主飞行控制设计难度较大。该文对四旋翼无人机自主分型控制设计中的重难点进行了分析,并选择整体结构设计、力学模型建立和系留试验三个程序简要分析了飞行控制的设计与应用。