一种小型无人机导航系统的设计

无人机因其低成本、低损耗、零伤亡、可重复使用和高机动等诸多优势，世界各国都相继投入研究，应用在军事、民用、科学研究等领域。飞行控制系统作为无人机的核心部分，在很大程度上决定了无人机的性能。本文在传统的惯性／GPS（INS／GPS）导航系统设计基础上，针对任务需求，重新设计了整个飞行控制系统，对导航控制率进行了一定的改进。本文介绍了该系统的硬件组成和工作原理，详细介绍了姿态平衡部分在软件功能规划等方面的设计，并给出了软件流程图。试飞证明，此种导航控制率较适应小型无人机使用。     

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.     

一种适用于小型无人机的夹层板材设计

夹层材料是一种极具想象力的材料,它甚至与特殊材料并为当代新型材料的两大发展方向,具有难以度量的发展空间。本文介绍了一种用于特定用途无人机的夹层板材设计方案,并通过多次实践检验了其强度与可靠性。     

一种基于ORB算法的无人机影像匹配

针对无人机影像局部区域特征点探测难度大,导致无人机影像匹配效果不佳等问题,通过引入BEBLID算法构建高效的二值描述符,提升了影像匹配率。该算法首先采用ORB算法检测特征点,其次采用FLANN快速搜索筛选特征点,最后利用BEBLID描述符以及采用RANSAC算法剔除误匹配,从而实现了无人机影像的高精度匹配。试验结果表明:在保证有足够特征点对的前提下,将ORB+BEBLID算法应用于两组无人机影像匹配中,影像匹配率分别为81.97%和89.72%,相比ORB算法分别提高13.60%和9.90%。验证了ORB+BEBLID算法在无人机影像匹配中的有效性,获得的正确特征匹配点对冗余度低、全局性优。     

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。     

一种面向无人机航拍图像的快速拼接算法

针对现有图像拼接方法对分辨率高、影像信息复杂的无人机航拍图像处理速度慢、匹配精度差的问题,提出一种面向无人机航拍图像的快速拼接算法。首先,利用FM(Fourier-Mellin)算法求出图像的重叠区域,并获取图像重叠区域内的感兴趣区域,结合区域分块以及图像信息熵得到最终的特征提取区域,设置为图像掩膜;接着,在特征提取区域提取特征点,并且对特征点匹配对进行两轮筛选,减少RANSAC算法迭代次数;最后用改进的RANSAC算法进行误匹配点对的剔除以筛选出准确度较高的匹配点对。比较该算法与其他算法的运行效率以及图像的拼接质量等相关指标。实验结果显示该算法较SURF、SIFT、区域分块算法,航拍图像拼接时间分别降低35%、56%、57%,满足航拍图像对拼接精度以及实时性的要求。     

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。     

基于差分进化的Unscented FastSLAM2.0算法

针对Fast SLAM2.0算法中重采样过程带来的"粒子耗尽"问题,将差分进化引入进来,提出一种基于差分进化的无迹Fast SLAM2.0算法。首先采用unscented粒子滤波器估计机器人的路径后验概率,然后采用扩展卡尔曼滤波器对环境路标进行估计和更新,最后引入改进的差分进化算法代替重采样过程来优化粒子。仿真实验表明,与Fast SLAM2.0算法相比,该方法提高了机器人在路径估计和路标估计上的精度,验证了算法的有效性。     

一种无人机非标定视觉自定位新算法

针对高动态环境下如何利用视觉导航快速解决GPS失效故障的问题,基于射影几何的基本性质,在预知失效时刻无人机坐标的情况下,提出了一种无人机非标定视觉自定位的新算法。首先对目标进行定位,假定摄像机内参数在拍摄过程中不发生变化,重点分析视觉系统在对目标一次识别的情况下快速定位,并在此基础上对无人机进行反定位。仿真验证表明:该算法能有效进行自定位,新位置的自定位坐标与实际坐标差异小,最大差值为0.01m,该算法无需知道摄像机的参数,避开了由于摄像机标定不准确带来的定位误差问题,提供了一种简单、实时、精度高的自定位新思路。     

一种基于人工势场的无人机航迹规划算法

为了改进传统的人工势场法不能适应复杂环境、容易陷入最小值和在终点附近徘徊的情况,提出一种基于混沌理论的人工势场法的无人机航迹规划算法。在传统人工势场法原理的基础上,将混沌理论的搜索算法引入人工势场法中的斥力场、引力场的函数公式中,改变了各个障碍物斥力系数和目标点的引力系数,将改变后的系数代入计算,搜索出斥力场和引力场的最优系数组。本算法有如下优点:第一,考虑了障碍物对寻优过程的影响,排除了合力为零的情况。第二,通过迭代的方法,具有适应不同地图的能力。第三,适用于无人机的航迹规划。仿真实验结果和理论分析表明,混沌理论的人工势场法不仅解决了无人机在航迹规划中容易陷入最小值和在终点附近徘徊等问题,而且可以实现无人机在复杂环境下的航迹规划,缩短了飞行成本,节约了计算时间,提高了三维空间无人机航迹规划的速度和精度。     

基于非下采样Contourlet变换的无人机景象匹配算法

卫星导航作为无人机重要的导航方式常因受到干扰而不可用,针对此问题,提出一种同样可辅助惯性设备进行导航的景象匹配算法。首先采用非下采样Contourlet变换(NSCT)对基准图和实测图进行多层级分解,以获得不同分辨和方向的稀疏表示图像,然后以基于稳健统计量的Hausdorff距离(LTS-HD)作为相似性测度进行由粗到精的分级匹配。仿真结果表明,基于NSCT方法的图像匹配概率相对于小波分解提高了14%;景象匹配辅助惯导后,可有效抑制位置误差发散,误差被控制在30 m以内,可满足无人机中等精度导航要求。     

基于影像定位的无人机侦察视频超分辨率重建方法

 为了改善无人机侦察视频质量，针对目前无人机摄像、照相数据特点，提出了一种基于前方交会的无人机航摄影像定位方法。首先，对所有无人机侦察视频帧和航片分别进行特征匹配，得到影像间关系；然后，提出基于前方交会与抗差估计的无人机航摄影像定位方法，来实现航摄影像的定位；最后，对侦察视频帧进行高频补偿与凸集投影迭代优化，得到重建后侦察视频。实验结果表明，基于前方交会与抗差估计的无人机航摄影像定位方法加强了无人机视频与航片的对应性，凸集投影迭代优化法增强了重建的边缘保持能力。该方法增强了重建图像的一致性与保真度，特别是对图像边缘细节部分等效果极为明显，且处理速度更快。     

基于影像定位的无人机侦察视频超分辨率重建方法

为了改善无人机侦察视频质量,针对目前无人机摄像、照相数据特点,提出了一种基于前方交会的无人机航摄影像定位方法。首先,对所有无人机侦察视频帧和航片分别进行特征匹配,得到影像间关系;然后,提出基于前方交会与抗差估计的无人机航摄影像定位方法,来实现航摄影像的定位;最后,对侦察视频帧进行高频补偿与凸集投影迭代优化,得到重建后侦察视频。实验结果表明,基于前方交会与抗差估计的无人机航摄影像定位方法加强了无人机视频与航片的对应性,凸集投影迭代优化法增强了重建的边缘保持能力。该方法增强了重建图像的一致性与保真度,特别是对图像边缘细节部分等效果极为明显,且处理速度更快。     

基于改进灰狼优化算法的无人机三维航迹规划

为了解决三维复杂环境下的无人机航迹规划问题,提出一种基于改进灰狼优化算法的无人机三维航迹规划方法.模拟真实的地理环境,建立三维地形模型和禁飞区模型,构造合理的评价函数.在改进算法中,设计一种基于贪婪思想和变异策略的初始化方法,提升了初始种群的平均适应度值;将一种非线性递减函数引入距离控制参数,解决了灰狼优化算法开发能力不足的问题;设计一种动态加权平均和静态平均混合的位置更新策略,解决了灰狼优化算法位置更新策略不灵活的问题.仿真结果表明:该算法相比于其他几种相关算法,航迹代价较小、收敛速度较快且效果更稳定.     

无人机序列图像压缩方法研究

根据无人机的运动特点,求出序列图像之间的重叠区域,将运动序列图像转变成静态图像,然后以类EBOCOT算法完成拼接图像的压缩．压缩的实验结果显示,该方法在压缩效率和运行时间上均优于H．264等视频压缩标准,可较好地满足无人机图像的传输需求．     

无人机自主集群技术研究展望

 动态不确定环境和复杂任务决定了无人机系统势必朝着集群化、自主化和智能化方向发展,具备共识自主性的无人机集群可无需任何集中规划或直接通信完成复杂智能行为。从无人机自主性内涵出发,讨论了无人机自主集群的概念、特点、优势及可能的作战形式,从人机共融、变体设计、人工智能和集群对抗方面探讨了无人机自主集群的发展趋势及无人机集群应对反无人机技术的必要性,从军用和民用领域分析了无人机自主集群的可能应用前景,从战略规划、研发模式、系统协调、交叉学科、国防应用及市场培育等方面探讨了无人机自主集群技术的发展方向。     

无人机视频流倾斜影像快速拼接方法

为了解决无人机视频流倾斜拍摄快速拼接误差较大的问题,提出一种局部最优的视频流拼接方法。该方法首先利用透视投影的方法将倾斜影像纠正为近似正射影像,消除大倾角影像的几何变形问题;然后利用CUDA技术加速ORB算法,快速得到帧间变换模型;在拼接时动态选取基准面,利用Levenberg-Marquardt算法优化各影像变换到基准面的绝对单应性矩阵完成视频流的序列拼接。实验结果表明:利用该方法获得的拼接影像减小了倾斜拍摄带来的误差,提高了拼接影像的质量。     

具有参数不确定性的欠驱动四旋翼无人飞行器的非线性控制器设计(英文)

针对具有参数不确定性的欠驱动四旋翼无人飞行器,设计了一种非线性飞行控制器.该控制器主要采用非线性鲁棒以及在线参数估计算法.利用基于李亚普诺夫稳定性分析方法,证明了这种控制器可以使四旋翼无人飞行器的x,y,z方向的位移跟踪参考轨迹,偏航角ψ稳定到任意点,并且达到全局最终稳定的控制效果.同时相对于一般的滑模控制算法,本文提出的控制器消除了颤振现象.数值仿真结果表明,本文提出的控制设计具有良好的控制效果.     

无人机模拟训练系统的设计与实现

介绍了虚拟现实技术的基本概念，阐述了虚拟现实技术的核心思想和在无人机模拟训练系统中的作用，给出了用虚拟现实技术创建某无人机虚拟仿真模拟训练系统的基本方法，具体说明了该系统的整体设计及关键技术的实现途径，最后给出了系统将来的扩展情况。