基于IUPF算法的三维无人机毫米波波束跟踪

由于无人机毫米波通信技术具有高速数据传输和广域网络覆盖能力, 因此在军用和民用领域中拥有广阔的应用前景。针对无人机毫米波通信需要进行精确的波束跟踪这一问题, 提出一种基于改进无迹卡尔曼粒子滤波算法的三维波束跟踪方法。该方法首先利用无迹卡尔曼滤波建立建议密度函数并更新采样粒子; 然后计算每一个采样粒子的权值, 并在归一化后再次对粒子进行重采样; 最后计算粒子均值, 得到波束跟踪角度。仿真结果表明, 该方法相较于以往毫米波波束跟踪方法大大降低了估计误差, 显著提高了波束的跟踪精度。     

小型无人机快速三维航迹规划方法

针对小型无人机航迹规划中难以满足自身性能约束和实时性要求的问题,将飞行环境中的威胁分为可穿越威胁和不可穿越威胁;基于序列规划思想,采用粒子群优化算法规划基准航迹,采用改进的稀疏A*算法进行在线航迹规划。为提高在线航迹规划效率,将三维航迹规划转化为二维水平面规划和高度规划,仿真实验验证了该算法能够生成三维可行航迹,且规划时间显著减少。     

无速度测量的四旋翼无人机移动目标跟踪控制

针对只有目标与载机的相对距离信息,而无速度信息的跟踪控制问题,以及在任务场景中对四旋翼无人机期望姿态角有约束的要求,设计了一种位置-姿态控制器。位置控制器只需要目标与载机的相对距离作为输入,其输出保证所生成的期望姿态指令在指定的范围内。为了保证在有限时间收敛至期望姿态,姿态控制器采用了二阶滑模的设计方法,缓解了电机输出指令颤振,并对外部扰动和模型不确定性具有较好的鲁棒性。最后进行了在风场中针对多种机动形式的目标进行了跟踪飞行仿真,得到了满意的跟踪效果。     

基于DBN威胁评估的MPC无人机三维动态路径规划

模型预测控制(model predictive control, MPC)路径规划算法适用于三维动态环境下的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)路径规划;动态贝叶斯网络(dynamic Bayesian network, DBN)能够有效推理战场态势,对无人机进行威胁评估。针对威胁尾随无人机时的路径规划问题,构建DBN威胁评估模型,将UAV在战场环境中的威胁态势用威胁等级概率表示,与MPC路径规划算法相结合,得到基于DBN威胁评估的MPC UAV路径规划算法。通过多组仿真分析表明,在三维动态环境下,特别是威胁尾随无人机时,基于DBN威胁评估的MPC无人机路径规划算法可以得到有效的无人机路径。     

无人机初始路径规划空间建模方法研究

提出了一种无人机初始路径规划空间建模方法，重点在于将地形威胁和火力威胁分开建模，通过引入不可接受毁伤系数来评价威胁对航路的影响，并应用数学形态学骨架化算法生成初始路径规划空间。仿真结果表明，该方法生成初始路径规划空间小，各种建模约束条件符合战场实际环境，为航路奴．划算法的工程化应用奠定了基础。     

无威胁情况下任意两点间的无人机路径规划

针对无威胁情况下无人机的路径规划问题,提出了一种较简单、有效的路径规划方法:基于几何原理的无人机路径规划法。在提出了无威胁情况下路径规划的一些基本约定的基础上,重点研究了基于几何原理路径规划法的基本思想,并给出了路径规划的主要步骤。最后,通过一个仿真算例验证了此方法的有效性,并对此方法的优缺点进行了总结。     

基于概率地图方法的无人机路径规划研究

论述了现有无人机路径规划算法普遍存在的一些问题,引入了一种快速、有效的无人机路径规划算法-概率地图方法,详细描述了概率地图方法的实现步骤,并对传统概率地图方法的执行流程作了改进,改进后的算法在时间特性上有了较大幅度提升。讨论了改进后的概率地图方法和传统的概率地图方法在无人机路径规划中的优缺点,并给出了仿真结果。总结了概率地图方法在工程应用中需要改进的一些方面。     

基于改进人工势场法的多无人机三维编队路径规划

针对传统人工势场法的障碍物附近目标不可达、存在局部极小点和振荡的问题对势场函数进行分析和改进,以保证目标点为势场的全局最小点。在动态势场中,引入是否陷入局部极小点的判断机制,并结合一种“沿目标方向90°移动”的方法来跳出局部极小点,实现多无人机编队的路径规划、协同避障和防碰撞。利用回归搜索法来对路径进一步优化。MATLAB的仿真结果显示,该方法有效地弥补了传统人工势场法的不足,提高了人工势场法的实用性。     

基于双Kinect传感器的三维人体姿态跟踪方法

三维人体姿态估计与跟踪是机器视觉中的热点问题。为了提高人体姿态跟踪的稳定性,以人体关节点自由度向量的方法表示人体运动姿态,使用无迹卡尔曼滤波方法对人体姿态进行跟踪,并搭建了一套基于双Kinect传感器的人体姿态跟踪系统。对比于传统的人体运动捕捉系统,该系统可实现在简单动作下准确稳定的三维人体姿态跟踪,在复杂动作下反映运动过程的特殊性质,并用于运动生物力学的性能评估。     

基于TLD模型的UAV三维实时平滑航迹规划

针对无人机三维实时航迹规划问题,提出了一种基于三层决策模型的平滑航迹规划方法,以提高其规划效率和可操作性。首先根据无人机三维飞行的特点,并结合自身性能、威胁和障碍以及地形等约束,设计三层决策目标函数和决策变量;其次为了避免不必要的迂回和路径,提高航迹的平滑性,提出了元胞化地图的变长探测方法和启发式优化策略;最后,利用所提出的认知行为优化算法对这一问题进行求解,以提高规划路径的搜索效率。不同场景地形的仿真及与现有经典方法的比较结果表明:该方法能有效实时规避威胁和地形障碍,且具有较高的可执行性,能够快速生成安全、平滑的飞行路径。     

一种无人机平滑飞行轨迹规划方法

针对现有无人机飞行轨迹规划结果存在折点的问题,提出了一种给定威胁分布下的无人机平滑飞行轨迹规划方法.该方法根据战场威胁分布确定无人机可行节点,并依据威胁代价与距离代价构造综合代价指标,生成赋权图;采用Dijkstra算法求解一条由初始点到目标点综合代价最优的参考轨迹,并可根据任务需求对综合代价指标的权值进行调整,得到满足任务要求的参考轨迹.在参考轨迹基础上,结合无人机自身机动性能约束,采用圆弧拟合方法生成无人机平滑飞行轨迹.仿真结果表明该方法可以快速生成满足任务需求的无人机平滑飞行轨迹.     

混合计算方法在无人机RCS预估中的应用

现代军用无人机外形隐身设计时对整机雷达散射截面（RCS）的快速预估分析是一项重要的研究课题。无人机作为一种电大尺寸的目标模型体,采用电磁场的高频计算方法,对于机体面目标散射场贡献采用物理光学算法（PO）,对于由面元结合部所形成的棱边绕射场贡献采用改进的等效电磁流（IMEC）算法分析,散射总场由两部分共同叠加计算生成。利用PO＋IMEC算法完成了对一种无人机目标模型RCS的模拟计算,将模拟结果与暗室实测结果对比获得了较为满意的结果。     

基于3D-APF和约束动力学的无人机编队飞行控制

针对无人机编队的路径规划和队形保持问题, 提出了一种基于三维人工势能场(three-dimensional artifical potential field,3D-APF)的无人机编队路径规划与队形保持方法。对于无人机的路径规划,建立了改进的三维人工势函数。在此基础上,建立并推导了虚拟力环境下的无人机运动学模型。对于无人机的队形保持问题,运用约束动力学理论引入拉格朗日乘子建立含有队形约束的编队无人机约束动力学方程组,使编队无人机在整个飞行过程中保持期望队形。采用Penalty-Formulation对拉格朗日乘子进行求解,得到编队无人机约束动力学方程组。最后基于Matlab的仿真实验验证了所提方法的有效性。     

无人机模拟训练系统的设计与实现

针对无人机模拟训练系统的特点,阐述了基于分布式交互式仿真技术和虚拟现实技术的无人机模拟训练系统的功能和结构,具体分析和说明了系统的整体设计、模块设计及关键技术的实现途径.     

无人机电磁环境效应评估及其准则研究

电磁环境效应评估是军用装备性能检验的重要组成部分。基于模型和准则的计算法评价体系，克服了传统试验方法对系统评价所存在的局限，借助计算机辅助工程(CAE)所构造的“虚拟”测试平台，利用飞机结构、任务飞行规划、预期电磁环境、系统效应分析模型和评估准则，可以以较优的费效比获取较高置信度的电磁环境适应性评价。在评估准则研究方面，依据无人机用途、结构特点以及对预期电磁环境的认识或先验知识的掌握程度，从确定性观点和统计分析两个方面，详细探讨了与之相适应的评估准则，以期使无人机电磁环境效应评估能更为客观和完整。     

无尺度网络平均路径长度的估计

无尺度网络的拓扑结构研究主要集中于聚类系数和平均路径长度的计算以及度分布分析. 在实际的无尺度网络中,表征网络拓扑结构的三个参数之间是互相联系的,其中一个参数均可近似用另外两个参数表示. 鉴于此,针对大规模无尺度网络的平均路径长度计算问题,基于树形结构模型给出了无尺度网络平均路径长度<l>_SF 的计算公式,并分析了网络规模和节点间连接方式对平均路径长度的影响. 分析结果表明,<l>_SF与无尺度网络的平均度数k、平均聚类系数C以及幂指数γ有关,从而将直接求解平均路径长度的复杂问题转化为间接求解,大大提高了分析无尺度网络拓扑结构的效率. 实验结果表明,提出的无尺度网络平均路径长度计算公式是有效的.     

无人机轮式着陆横侧向控制

针对轮式起降无人机着陆过程横侧向控制存在的着陆安全性较低及抗风能力较弱的问题,提出了一种无人机着陆高安全性横侧向控制方案和控制结构。在常规的副翼和方向舵横侧向控制面配置条件下,采用在滚转角和偏航角精确解耦内回路控制的基础上,进行滚转和偏航的综合侧偏外回路控制方法,引入外回路对内回路的滚转角和偏航角指令限幅值随相对高度变化的机制,实现对无人机接地时侧偏距、侧偏速度、滚转角和偏航角的综合控制。对某型无人机的着陆横侧向控制进行设计及仿真,结果表明所提出的着陆横侧向控制能提高无人机的抗侧风能力,在侧风情况下着陆,可有效地将侧偏距、侧偏速度、滚转角和偏航角控制在安全范围内,所采用的着陆横侧向控制对无人机的气动参数摄动具有较强的鲁棒性,并且克服了常规控制中对相对高度信号误差要求高的缺点,在提高着陆安全性的同时,降低了对设备性能的要求。     

基于综合微观分析的装备体系需求开发方法

针对装备体系需求问题, 为了使军事与技术、简单与复杂有机结合起来, 提出基于综合微观分析的需求开发方法. 将构成装备体系需求映像的上层需求与下层需求看成一个二维的概念平面, “分析解释”上层需求指标的上层需求模型从“宏观约束"角度指导下层需求开发, “分析解释”下层需求指标的下层需求模型从“微观机制”角度解决宏观问题, 实现从上到下、又从下到上的装备体系需求双向开发. 实例表明采用该方法能够系统地开发装备体系需求.     

无人机数据链仿真测试平台构建技术的研究

针对通常采用飞行试验或野外拉距离试验仿真所具有的试验周期长,可重复性难,数据提取困难和试验成本高的特点,提出一种在暗室实现无人机数据链拉距离半实物仿真平台的构建方法,分析并构建了空间自然衰落,大气环境,飞机飞行姿态角等影响信号传输和接收的模型,同时采用了暗室链路标校的方法消除仿真试验条件,暗室试验环境对仿真结果带来的误差影响。仿真结果表明,理论计算功率和实际接收功率曲线趋势是一致的,从而验证了平台的有效性。