海军倾转旋翼无人机技术和发展优势综述

倾转旋翼无人机是一种介于无人直升机和固定翼无人机的新型无人机。它一方面具有垂直起降能力;另一方面还可以作高速巡航飞行,是未来无人机发展的趋势之一。简要地介绍了＂鹰眼＂无人机的发展历程和技术特点,综合分析了倾转旋翼无人机的关键技术。在此基础上,对海军倾转旋翼无人机的发展优势和应用前景进行了展望。     

尾座式垂直起降无人机在时变侧风干扰下的轨迹跟踪控制

该文针对尾座式垂直起降无人机面临的时变侧风干扰问题,设计了一种基于新型姿态提取算法的轨迹跟踪控制方法.首先,根据侧风干扰与无人机姿态的关系建立数学模型,在此模型基础上推导出一种利用无人机滚转角的新型姿态提取算法,显著降低了干扰力.在反步武控制方法的基础上,采用嵌套饱和函数方法对控制输入进行限制,解决推力限幅问题,并通过...     

军用无人驾驶直升机的现状与未来

无人机是由遥控设备或机上自备程序控制装置操纵的不载人飞行器。当前，世界上实用的军用无人机大多数为固定翼的无人机。相比之下，无人直升机则发展较晚，型号也比较少。但是，无人驾驶直升机有它独具的一些优势，其起飞着陆场地小，能垂直起降，能空中悬停，能向任何一个方向灵     

基于四元数互补滤波的无人机姿态解算

针对无人机低成本姿态解算这一基本问题,考虑到传统姿态算法运算量大、不易调试,采用微惯性单元(MEMS)测量无人机原始姿态数据,采用基于四元数的互补滤波算法,有效降低姿态解算的运算量,实现MEMS各传感器的信息融合。从理论上证明了基于四元数的互补滤波器的稳定性,分析了滤波器的性能。采用无人机真实数据验证了算法的有效性,解算得到的俯仰角、滚转角精度小于1°,航向角精度小于2°。与传统姿态算法比较,本算法简单有效、运算量小、易于调试。     

基于最小二乘法MEMS惯性传感器姿态解算算法

针对MEMS惯性传感器在测量时出现误差不稳定和外界磁场变化所造成的姿态角误差较大问题,提出一种基于最小二乘法MEMS惯性传感器姿态解算算法.采用静态六位置法对三轴加速度计标定,对三轴加速度计建立误差模型,利用最小二乘法确定误差参数.根据欧拉角法中倾斜角和航向角分开求解特点,减小磁场变化干扰,再对欧拉角中存在的奇异值问题进行改进,分为一般姿态值和奇异值状态姿态值两种滤波模式.实验结果证明,通过对三轴加速计的标定补偿和欧拉角的奇异值问题改进后得到的姿态角精度高,并且在遇到磁场变化时稳定性优于四元数法,不会出现奇异值.     

垂直位于一类双材料界面的裂纹对称变形尖端场

基于平面问题中各向同性与正交各向异性材料奇异点附近渐近场的基本解,文章给出了对称变形条件下端部位于正交异性/各向同性双材料界面的垂直裂纹裂尖应力奇异性的特征方程以及相应的位移场与奇异应力场的解析解。为了验证解析解的正确性,通过1个算例将应力奇异性指数和奇异应力分量角函数的理论值与有限元分析结果进行了对比,两者吻合得相当好。     

多飞行模式垂直起降无人机过渡飞行控制策略

垂直起降无人机飞行模式转换时的飞行控制策略对于保证无人机安全可靠地飞行至关重要.对尾座式垂直起降无人机过渡模式的飞行控制策略进行了深入研究,提出了最快模式转换定高控制策略,并利用模拟分析和实验的手段对比了该策略、经典比例-积分-微分(PID)控制策略和最快模式转换控制策略的飞行效果.最快模式转换定高策略优化了转换速度和高度变化两个飞行参数,同步了俯仰角达到巡航攻角的时间和飞行速度达到巡航速度的时间,保持了无人机在模式转换过程中竖直方向的受力平衡.模拟结果表明:最快模式转换定高控制策略比经典PID控制策略和最快模式转换控制策略的时间分别缩短了0.98和0.48 s,高度变化量分别减小了2.27和0.91 m;最快模式转换定高控制策略的飞行控制效果明显优于经典PID控制策略和最快模式转换控制策略.所提出的控制策略解决了尾座式垂直起降无人机飞行模式转换时的掉高问题,能够保证无人机在过渡模式下快速平稳地实现飞行模式转换.     

无人机着舰姿态对尾钩定位的影响

鉴于无线电引导系统无法满足大型轮式固定翼无人机着舰引导的高精度要求,提出一种通过机身加装合作反射镜实现对无人机尾钩定位的光电引导系统,避免了传统光学引导中图像识别引起的跟踪定位误差。讨论了激光反射定位方法,重点分析了无人机姿态变动对基准点测量精度的影响,提出了激光反射镜安装位置的选择方法。最后通过仿真,给出了飞机姿态变动对尾钩测量精度影响的程度。     

捷联惯导系统中基于卡尔曼滤波的奇异点消除算法

为消除奇异点对大飞艇的姿态解算带来的困扰,提出了一种基于卡尔曼滤波的奇异点消除算法.在构造出的卡尔曼滤波模型基础上,将当前状态变量作为先验估计代入滤波器的时间更新方程中,以便及时投射到测量更新方程,并得到测量更新方程所需的数据;此后,通过测量更新方程来校正先验估计,从而获得此状态的后验估计值,并用该估计值来代替加速度计传感数据中的奇异点,从而达到消除传感数据中奇异点的目的.Matlab实验验证了算法的有效性.结果表明,该算法在没有引入延迟的同时,有效消除了系统中传感器信号的毛刺点.     

基于GA-SA组合算法的山区复杂环境无人机起降点选址

针对山区复杂环境下的物流链前端无人机货运起降点选址和任务分配进行研究。首先以建设成本最小和运输时间满意度最大为目标,综合考虑无人机自身性能和禁飞空域等因素,构建多约束条件下多目标函数的起降点选址和任务分配模型。采用遗传算法(genetic algorithm, GA)和模拟退火算法(simulated annealing algorithm, SA)的组合算法进行求解,首先通过遗传算法得出较优的可行解,再以此解作为退火算法的初始解进行模型求解。仿真结果表明,构建的多约束模型能够实现预期效果,并且采用的算法解决此类问题时具有良好的适用性。     

Z字形飞机建模与半实物仿真研究

为了提高无人机飞行品质,研究无人机控制的半实物仿真应用,形成一套通用的无人机飞行控制律设计与半实物仿真方法,针对气动特性较为复杂的Z字形飞机进行了研究。Z字形飞机机翼可向机身方向折叠,便于存放和运输。根据Z字形飞机外形参数,求得气动数据,并在此基础上利用小扰动线性化原理建立纵向线性模型,通过加入干扰脉冲方式研究模型纵向静稳定性,选取各环节传递函数,建立俯仰控制回路,调整PID参数,设计纵向控制律,分别使用Simulink和半实物仿真器进行仿真。仿真结果表明,无人机具有较好的静稳定性,PID控制参数选择合理,系统超调量较小,调节时间较短,可以提升无人机飞行品质,半实物仿真可以更真实、直观地反映无人机姿态,所用建模与仿真方法可应用到其他固定翼无人机,具有一定的通用性。     

面向固定翼无人机的视觉导引仿真系统设计与实现

针对无人机自主着陆视觉导引相关算法研究和验证困难的问题,提出了一种基于Flightgear和Matlab的多机组网联合仿真技术,设计并建立了固定翼无人机自主着陆视觉导引仿真系统.系统中Flightgear渲染的摄像头视角图像数据通过HDMI视频接口实时传递到Matlab中;摄像头的内参数可通过虚拟棋盘格标定得出.利用该系统进行了基于合作目标的无人机视觉导引着陆闭环仿真实验,证明该系统能够验证无人机视觉着陆方法、算法的正确性及可行性.     

舰载战斗机/无人机编队飞行控制研究现状与展望

在未来的海上攻防作战中,舰载战斗机和舰载固定翼无人机将成为航母编队的重要组成部分,舰载战斗机/无人机编队将是未来海洋战争的重要作战形式。首先总结了近年来国内外有人/无人机编队作战相关项目,然后描述舰载机/无人机编队任务流程,总结了舰载机/无人机编队飞行控制方法,其中包括了编队集结控制、队形变换控制、队形保持控制和编队重构控制四个方面。最后对舰载机/无人机编队飞行控制技术未来发展方向进行了展望。     

基于遗传算法的无人机模糊-积分控制器设计

针对某小型固定翼无人机纵向姿态控制和轨迹跟踪的要求设计了一种模糊-积分混合控制器. 为避免控制器参数调试的复杂性,提高控制性能,利用遗传算法对模糊控制的隶属度函数进行了优化设计. 在优化设计阶段,确定了设计变量和约束条件,并给出了比例因子整定原则. 仿真结果表明,基于遗传算法的模糊-积分控制器与传统PID控制器相比具有更短的响应时间,鲁棒性强,并且解决了单一模糊控制器稳态响应精度低、响应曲线颤振的问题.      

倾转翼无人机返航过渡段气动分析与优化

倾转翼无人机是兼有固定翼飞机和直升机优点的一种新型旋翼无人飞行器,但其过渡段的气动特性存在非线性、强耦合的特点。基于动量源方法建立了倾转翼无人机返航过渡段的数值模拟方法,经单独旋翼和Georgia-Tech模型算例验证动量源方法的准确性后,结合滑移网格技术模拟倾转翼无人机返航段并进行气动分析,通过调整旋翼转速、倾转角速度,使其定高倾转完成的时间从9.20s缩短为4.46s,在此基础上通过MATLAB不同函数拟合曲线编写入动量源,对比得到返航段走廊曲线。计算结果表明利用拟合曲线可以使其更平稳地定高倾转,使倾转翼无人机的返航过渡段受力曲线更加光滑,该方法得到的结果为控制倾转翼无人机返航过渡段的稳定性提供了理论依据。     

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.     

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。     

无人机摄影测量提取黄土高原切沟参数精度分析

选取陕北黄土丘陵沟壑区桥沟小流域为研究区,分别用同时相的地面三维激光扫描数据和固定翼无人机摄影测量数据提取切沟形态参数,分析无人机摄影测量提取切沟参数的误差及其原因．结果表明:1）无人机摄影测量与三维激光测量比较,提取切沟面积、周长和沟长二维形态参数的百分误差<10%;2）与三维激光扫描测得切沟横截面积、平均沟深和体积三维形态参数相比较,无人机摄影测量误差<20%,沟壁陡峭、植被覆盖度较高的大型切沟测量参数误差较大,而沟壁坡度相对较小、植被相对稀疏的小型切沟测量参数误差较小;3）固定翼无人机垂直摄影采集数据的方式会导致切沟沟壁细节数据缺失,从而降低切沟参数提取精度．基于无人机摄影测量生成的DSM无法有效过滤植被影响,在一定程度上影响切沟参数的提取精度．与三维激光测量相比,无人机摄影测量切沟地貌参数的精度略低,在切沟短期动态变化监测方面还存在一定的局限性．      

无人机机载测量系统校准设备设计

为解决无人机使用单位机载陀螺尚无定量校准检测手段的难题,提出了无人机姿态半实物仿真校准方法和以程控转台作为无人机姿态角、角速率的测量标准的方案,设计了模拟飞机姿态空间角激励源、校准台以及干井式温度校验器、静压压力校验仪、差压压力校验仪等无人机机载测量系统校准设备。