基于构型优选的5G集群无人机协同导航方法

针对现有基于测距的集群UAV协同导航方法普遍忽略了空间构型对定位定能的影响,难以获得精确的导航定位结果,提出一种基于空间构型优选的5G集群UAV协同导航方法。构建了复杂环境下基于5G信号的UAV相对测距误差模型,基于最小几何精度因子(geometric dilution of precision,GDOP)准则建立了协同导航节点寻优策略,实现了协同导航空间构型的实时优选;设计了基于5G测距网络的协同导航滤波器,对UAV导航信息进行在线估计和实时补偿,提高集群UAV的协同定位精度。仿真结果表明：该方法从机定位精度平均提升了约42.05%,为集群UAV实现在卫星不可用条件下的自主导航提供了一种有效的新方法。     

基于联邦滤波算法的无人机集群分层协同导航

为了解决传统单主从式无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)相对导航结构因长机故障导致导航精度发散以及全连通协同导航算法计算量和通信负担较重的问题,提高集群导航稳定性以及导航信息的利用率,基于联邦滤波算法,提出了一种分层协同导航算法,并且根据导航精度将UAV集群分为长机层与僚机层,建立了UAV集...     

基于随机森林权重补偿的无人机高精度定位算法

为了减小室外无人机(unmanned aerial vehicle，UAV)监测过程中的定位误差，对室外UAV进行实时定位，提出了一种基于随机森林的Chan-Taylor三维定位算法。通过K近邻对定位数据扩展后，根据Chan-Taylor算法将随机信号多径噪声转化为高斯分布，便于模型提取信号特征。使用交叉验证，实现随机森林特征参数与混淆矩阵阈值的自适应确定，并用该阈值衡量模型的一致性。利用分类结果更新UAV定位权值矩阵，有效地补偿目标高度数据。此外，使用标定UAV对设备误差进行估计，校正定位结果。理论分析与仿真结果表明，该算法能够有效地提高UAV定位精度，实现利用移动通信基站对UAV进行无源定位。     

无人机集群对地作战任务可靠性评估

针对无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群执行对地攻击任务可靠性评估问题,考虑实际作战环境和任务规划,建立了一种适用于具体任务过程的可靠性评估方法。首先,建立了UAV集群作战的时态异构网络模型,用时态打击链模拟UAV集群任务规划和协同作战过程。然后,基于连续时间马尔可夫链(continuous-time Markov chain, CTMC)建立了UAV集群在威胁区域飞行的生存概率模型。进而,综合UAV集群的作战能力和生存概率,提出了任务可靠性评估方法。最后,通过实例分析,验证了该模型的实用性和合理性。该模型考虑到各方面影响战果的因素,贴合实际,为UAV集群任务可靠性评估和决策提供了参考。     

基于模式/区域分解的无人机集群电磁特性快速分析

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群在军事和民用领域的应用越来越广泛, 针对UAV集群目标电磁散射特性的获取和分析对生成对抗策略及反UAV有着重要的研究价值。目前, UAV集群动态测量数据获取难度较大、成本高; 而对于仿真数据, 传统计算电磁方法建模精度和效率较低, 有效的特性数据不足。因此, 提出了一种基于模式/区域分解的UAV集群目标电磁仿真方法, 该方法在矩量法的基础上, 引入特征模分解和区域分解技术, 前者极大地降低了计算未知量, 后者有效地解决了建模精度问题, 为UAV集群目标特性数据的生成提供了创新技术支撑。     

基于速度障碍法的多UAV可飞行航迹优化生成

研究无人飞行器(unmanned aerial vehicle, UAV)在线可飞行航迹的自主规划对UAV适应非结构化环境、提高机动作战能力具有重要的现实意义。提出了一种基于Pythagorean-Hodograph (PH)曲线的UAV在线航迹生成算法,可以根据UAV当前的飞行状态、目标点信息及传感器探测信息实时规划出曲率连续的可避碰飞行航迹。考虑系统动态性能约束,采用分布估计算法对航迹参数进行优化选取,提出基于区间选优的全局精英个体概率选择机制,提高了航迹生成的速度及精度。根据速度障碍法原理,结合PH曲线的特点,给出了高动态环境下多UAV的实时动态避碰规划算法,该算法能使轨迹快速趋近于目标。对一组UAV的航迹规划在不同环境下进行了仿真实验,仿真结果证明了算法的有效性和实用性。     

移动终端定位算法及误差分析

提出了移动通信网络中移动终端定位的几种可能方法.对基于信号到达的时间(TimeofArrival,TOA)和基于信号到达的角度(AngleofArrival,AOA)的各种定位算法以及各种定位方法的定位误差进行了分析.最后对基于TOA的定位方法和基于AOA的定位方法及其定位误差性能进行了仿真计算,对仿真计算结果进行了比较.     

无人机集群牵制控制系统特征值分析

本文研究施加牵制控制对无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)集群蜂拥控制一致性的影响.首先基于复杂网络和图论建立了UAV集群的二阶动力学模型;其次设计了分布式控制协议并构建了集群系统的增广Laplacian矩阵,其最小特征值反映了集群的一致性收敛速度,以及连通性与鲁棒性;最后分析了增加牵制点对...     

面向复杂多任务的异构无人机集群分组调配

针对复杂多任务下的异构无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群分组调配问题,提出一种基于改进K均值和延迟接受(deferred-acceptance, DA)算法的先聚类后匹配方法。在任务聚类分组环节,通过离群点检测和固定初始聚类中心的方法来提高K-means聚类的精度,并设计余量裕度下的分组均衡性调整策略,在最优性的前提下提高分组的均衡性。在集群匹配分组环节,改进了DA算法,通过任务倾向的偏好列表快速生成预中选方案,并设计两阶段冲突消除来保证匹配的稳定性和收敛性。仿真实验表明,所提方法能够快速有效地解决复杂多任务下的UAV集群分组调配问题,具备良好的最优性和时效性。     

无人机集群分组编队控制跟踪一体化设计

针对具有Lipschitz非线性动力学特性的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群系统的分组编队跟踪控制问题,提出了一种基于一致性理论的分组编队协同控制方法。首先,建立分层双虚拟结构的协同控制框架,将多编队生成、保持以及组内组间协同变换等复杂编队任务作为控制目标,基于参数组的队形描述方法,在分层控制框架内分别设置轨迹导引UAV和基准UAV,并利用UAV之间的局部运动信息设计编队控制律,克服了采用现有多编队控制策略编队间难以协同的缺陷;其次,设计多编队控制和目标跟踪一体化控制策略,确保在多编队进行协同变换的同时实现对机动目标的精确协同跟踪;最后,仿真结果验证了所提的控制算法能够实现分组编队的跟踪控制。     

Cooperative localization against GPS signal loss in multiple UAVs flight

Based on multiple unmanned aerial vehicles(UAVs) flight at a constant altitude,a fault-tolerant cooperative localization algorithm against global positioning system(GPS) signal loss due to GPS receiver malfunction is proposed.Contrast to the traditional means with single UAV,the proposed method is based on the use of inter-UAV relative range measurements against GPS signal loss and more suitable for the small-size and low-cost UAV applications.Firstly,for re-localizing an UAV with a malfunction in its GPS receiver,an algorithm which makes use of any other three healthy UAVs in the cooperative flight as the reference points for re-localization is proposed.Secondly,by using the relative ranges from the faulty UAV to the other three UAVs,its horizontal location can be determined after the GPS signal is lost.In order to improve an accuracy of the localization,a Kalman filter is further exploited to provide the estimated location of the UAV with the GPS signal loss.The Kalman filter calculates the variance of observations in terms of horizontal dilution of positioning(HDOP) automatically.Then,during each discrete computing time step,the best reference points are selected adaptively by minimizing the HDOP.Finally,two simulation examples in Matlab/Simulink environment with five UAVs in cooperative flight are shown to evaluate the effectiveness of the proposed method.     

多载波OFDM信号识别方法

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)技术发展迅速, 应用十分广泛, 用作UAV测控数传的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)信号, 给民用无线频谱管理、军用非合作通信技术带来不小的挑战。基于此, 提出了一种基于包络相关谱的OFDM信号检测识别算法。主要利用OFDM信号的时域相关性, 通过计算信号的复包络相关谱, 并检测判断其相关谱的离散周期性, 实现了在非合作通信中OFDM信号的识别。相比基于高阶累积量的检测识别算法, 所提算法具有更好的信噪比适应能力, 而且不需要设定判别的经验阈值, 同时还能估计出子信道的带宽。仿真实验结果验证了所提方法的有效性。     

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。     

改进的非完全约束加权最小二乘TDOA/FDOA无源定位方法

针对目前时差定位/频差定位混合无源定位算法存在的定位均方根误差(root mean square error,RMSE)和定位偏差适应测量噪声能力差的问题,提出一种基于泰勒级数展开的非完全约束加权最小二乘法。首先将无源定位问题转化为二次规划问题,简化约束条件,应用拉格朗日乘子法求解目标定位的值。然后将得到的解在原约束条件下进行泰勒级数展开,利用获得的结果进一步优化解析解。计算机仿真对比了所提方法和两步加权最小二乘法(two-stage weighted least squares,TSWLS)、改进的约束加权最小二乘法(constrained weighted least squares,CWLS)、基于定位误差修正方法的定位性能,所提算法在兼顾实时性的同时,RMSE和定位偏差均低于TSWLS、CWLS、基于定位误差修正方法。     

基于辅助信标的无人机协同目标跟踪

针对无人机姿态角误差与观测误差影响目标定位精度问题, 构建基于辅助信标的无人机协同目标跟踪模型, 提高了对目标的定位精度。提出基于辅助信标的姿态校正方法, 利用辅助信标的精确位置实时校正无人机的姿态角, 减小姿态角误差对定位精度的影响。根据双无人机的最优观测构型, 设计双无人机协同控制律, 得到无人机观测的优化轨迹, 以提高无人机对目标的观测质量, 最后采用容积卡尔曼滤波算法得到目标的状态估计。仿真结果表明该算法能有效减小无人机姿态角误差和观测误差对目标定位的影响, 提高目标跟踪精度, 具有一定的工程应用价值。     

基于DNN的无人机数据OFDM传输技术

针对无人机信道含多径、多普勒频移,还易受到外来干扰和高功率放大带来的非线性失真影响的问题,提出一种基于深度神经网络(deep neural network,DNN)的无人机正交频分复用(orthogonal frequency divi-sion multiplexing,OFDM)数据传输技术.下行链路采用OFDM系...     

基于TDOA/AOA混合的高精度室内可见光定位算法

为了提高室内三维空间的定位精度,提出了一种基于联合到达时间差与到达角度(time difference of arrival/angle of arrival,TDOA/AOA)信息的混合定位算法。由于构建的目标函数具有非凸性,采用传统定位算法在目标函数求解过程中会出现局部最优解的问题。因此,针对该问题,将目标函数转成二次约束二次规划问题,通过引入半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)方法将目标函数转换为二阶锥规划(second order cone programming, SOCP)问题,寻找全局最优解。其次,针对SOCP无法对凸包外的目标进行有效定位的问题,在该算法的基础上引入了惩罚项,使松弛后的约束条件进一步逼近原始约束条件,解决了定位过程中的凸包问题。数值仿真结果表明:在10 m×10 m×3 m的三维定位空间内,选取40×40个测试点,平均定位误差为1.39 cm,可实现室内三维空间高精度定位。与传统的混合定位算法相比,均能够获得较高的定位精度。     

基于水声通信延迟的多UUV协同定位算法

针对多水下自治机器人(unmanned underwater vehicle, UUV)协同定位过程中水声通信延迟造成的定位失效问题,提出了一种基于状态估计均方误差最小的延时扩展卡尔曼滤波(delayed extended Kalman filter, DEKF)定位误差修正方法。首先建立考虑水声通信延迟的系统状态方程,利用状态转移矩阵推导系统等效量测方程,然后给出多UUV 考虑水声通信延迟的扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)定位方法并分析其不足;最后在EKF方法的基础上,分析量测信息延迟对状态估计的影响,建立系统真实量测模型,设计基于状态估计均方误差最小的DEKF 算法。仿真结果表明,该方法能够有效地修正多UUV 协同定位中由于水声通信延迟造成的定位误差,在工程实践中具有一定参考意义。     

无人飞行器集群协同行为建模技术综述

无人飞行器集群协同作为一种全新的任务执行形态, 正逐渐成为生成体系作战能力的有效途径, 而自组织集群行为建模技术是实现集群高效率协同的关键所在。基于无人飞行器集群协同特点梳理总结了关键技术问题, 从复杂系统图形化建模、集群多编队协同、集群队形变换、集群决策控制等4个方面, 对无人飞行器集群协同行为建模技术现状和存在难点进行了全面总结, 提出了基本框架和实现途径, 展望了当前无人飞行器集群协同行为建模技术研究应当关注的若干发展方向和可预见的显著效益, 为无人飞行器集群协同行为建模技术发展提供了参考与依据。