海上遇险小目标的无人机定基点搜寻建模与仿真研究

无人机的快速发展使其成为搜寻海上遇险目标的重要工具之一。通过报告的遇险目标的初始位置,优化确定无人机的搜寻航路是发挥光电侦察装备效能、提高遇险目标搜寻效率的核心问题之一。本文基于遇险目标定基点位置,通过建立无人机定基点扩展方形搜寻和扇形搜寻方法模型,设计仿真应用程序,对两种搜寻方法进行仿真评估分析,研究发现在相同的发现概率下,扩展方形搜寻方法具有时间优势,对制定和指导无人机的海上搜寻计划行动具有现实的参考价值。     

海上搜寻规划方法研究综述

对1946年以来海上搜寻规划方法的发展情况进行综述.分别从搜索理论、经典搜寻规划方法、计算机化的经典搜寻规划方法以及基于蒙特卡罗技术的计算机仿真方法等方面对海上搜寻规划系统做较深入的介绍,分析和比较一些海上搜寻规划系统的原理和优缺点,最后,对海上搜寻规划系统的发展趋势作了展望.     

多对多无人机空战的智能决策研究

针对能够进行自主空战的无人机,设计了一套空战流程.建立了基于双方位置、姿态和能量等的优势函数评价体系,通过改进的混合粒子群优化算法实现了多对多空战的目标分配,结合改进的Double Q-learning算法设计了无人机的机动决策策略,并在4对4空战场景下进行仿真验证.仿真结果显示无人机可以很好地追踪并击败敌方目标,还能够协同其他友方无人机攻击敌方无人机.同时算法具有很好的时效性,表明所提出的方法能够有效地解决多对多空战的问题.     

基于MAXWELL的瞬变电磁“8”字形发射线圈仿真分析

针对瞬变电磁技术在工程应用中易受干扰、探测结果不准确的问题,本文提出了一种瞬变电磁“8”字形发射线圈方案。采用MAXWELL仿真软件对瞬变电磁“8”字形发射线圈和方形发射线圈进行了仿真分析,通过对比“8”字形发射线圈和方形发射线圈在不同大小电流情况下产生的磁场分布发现,“8”字形发射线圈在远距离位置具有较强的聚焦性,在近距离位置能产生明显大于方形线圈的磁通密度。所以“8”字形发射线圈对增强瞬变电磁超前探测的抗干扰能力和提高探测结果的准确度具有重要作用。     

基于Dubins路径的无人机避障规划算法

研究了一种基于Dubins路径的无人机的避障规划算法. 通过采用遗传算法,结合无人机的飞行性能和最小转弯半径,提出了一种在已知障碍空间位置前提下的无人机路径规划方法,并通过算法改进,将其推广成为在未知障碍位置等先验知识的前提下的无人机实时避障算法. 仿真结果表明,该算法原理正确,对于多障碍环境下无人机避障策略的获取具有较好效果.      

海上客船遇险应急响应预案

运用模糊加权综合评判数学方法对海上客运危险源进行了辨别和风险评估,并由此确定危险源．在此基础上通过对国内外一般突发事故预案的进一步分析、研究和归纳总结,找出客船遇险救助的规律和特点以及目前我国海上救助机构的构成和职责划分,提出预案编制的一般要素和结构特征,并拟定我国海上客船遇险应急响应框架,可为我国海上客船遇险的预警、应急响应及善后处理提供借鉴和帮助．     

一种用于天线面形恢复测量的无人机导航方案

天线近场面形恢复算法需要搭载发射源的无人机沿特定轨迹飞行,并获得其位置。根据面形恢复算法对无人机飞行的要求设计一种包含差分GPS和视觉传感器的导航方案,在此导航方案的数据融合时间策略下使用常规扩展卡尔曼滤波器将出现震荡问题。为此提出一种基于SageHusa滤波算法改进的自适应扩展卡尔曼滤波器,并通过仿真和实际飞行测试将其与常规扩展卡尔曼滤波器进行对比。实验结果表明,此自适应扩展卡尔曼滤波器在实际应用中表现出更好的性能,并在弱GPS信号情况下能够趋向于更可信的视觉里程计数据。此方案基本满足天线测量时无人机沿轨迹飞行并采集位置数据的要求,有望实现射电望远镜主动面实时闭环修正。     

基于滑模控制的四旋翼无人机的轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机,研究了基于滑模控制的轨迹跟踪问题.根据无人机复杂的数学模型,首先利用单位四元数法描述系统姿态,再将其分解为位置和姿态两个子系统;通过引入中间控制输入,跟踪三个自由度的位置信息;考虑到位置和姿态子系统分别受到干扰力和干扰力矩的影响,设计了鲁棒反演滑模控制器,保证了对目标轨迹的稳定跟踪.仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

基于尺度估计的无人机场景车辆跟踪算法研究

无人机场景下的车辆跟踪发展迅速,并且研究方向较为广阔.近些年来,基于相关滤波的目标跟踪算法达到了不错的跟踪效果,并且它的快速算法满足了我们的需求,具有很好的应用前景.以相关滤波算法作为框架,使用基于尺度估计核相关滤波目标跟踪算法.通过循环位移的方法扩展候选训练样本,经过计算训练样本与目标样本的相关系数产生置信响应图,并通过置信响应图的相应最大值来确定当前帧的目标位置.特征选择双选机制并结合颜色模型,可改进目标跟踪的精度和速度.采用德国实验室提供的无人机车辆视频,并对提出的算法和特征选择方法与之前方法进行对比实验.由实验结果得出,本研究所提出的算法比以往的算法有较大提升.     

无人机编队协同追踪控制律和编队信息架构

针对"长机-僚机"模式的无人机编队追踪运动目标出现姿态信息和位置信息不一致而导致碰撞的问题,设计了一种协同追踪控制器并对该控制器进行稳定性分析。该控制器以3架无人机构成的编队作为控制体,采用拉氏矢量场方法获取无人机编队追踪运动目标的轨迹,同时构建无人机之间的信息架构,实现无人机编队按照预期的姿态和位置信息在运动目标周围的圆形轨道飞行的目的。研究单架无人机的航迹规划和多无人机编队协同追踪:对于单架无人机的航迹规划,采用反馈控制完成航向收敛证明;对于多无人机编队,采用一种多变量控制器可以保持无人机编队在圆形轨道运动,同时使用未知风和运动目标的自适应估计量来确定无人机编队在圆形轨道飞行的稳定性。仿真结果表明:在追踪过程中,3架无人机能够快速(15 s)以相同的姿态和位置渐进靠近目标,同时保持相对稳定;在满足航向速率和空速条件时,任意两架无人机相对距离误差能够快速(10 s)收敛到稳定值。该控制器突破了多无人机编队近距协同追踪目标的局限,可为多无人机分布式控制器设计提供方法借鉴。     

跟踪运动目标背景下无人机航路的规划

现代战场中,无人机携带光电设备对运动目标进行跟踪是无人机的重要应用之一。以无人机独立执行跟踪运动目标为背景,在对其所用光电跟踪设备(CCD摄相机)进行分析的基础上,根据跟踪航路的要求,规划出了光栅式跟踪运动目标方案。对所规划方案的技术指标进行了研究,并总结出了光栅式跟踪方案的特点。最后,通过仿真对这此方案进行了验证。仿真结果表明方案可行,这对无人机执行跟踪运动目标的任务在理论上提供了一种可行方案。     

不同信息源条件下的目标初始位置分布预测

为使目标的初始位置分布假设更为合理，根据海上搜索编队所携带探测器材的特点，分析了搜索编队执行搜索任务时可能获得的多种信息源，并将之划分为精确信息源、模糊信息源和推测信息源3类，分别阐述了搜索编队在获得3种不同信息源情况下目标初始位置分布的预测方法．通过实例仿真，给出了海上搜索编队在获得不同信息源情况下的后续搜索行动建议，该方法可作为对海上搜索编队的搜索战法研究的参考．     

模糊PID控制算法的优化及其在无人机中的应用

四旋翼无人机的姿态参数之间存在着非线性的关系,且有较强的耦合性,使得PID量化因子的整定存在难度.由于无人机工作环境特殊,采用常规的PID控制方法对无人机的姿态调整会出现超调量大的现象,或者无人机无法稳定一直处于震荡的状态之中.本文综合了模糊控制和PID控制各自优势,并结合无人机的特点加以改进,提出一种改进的模糊PID控制算法.通过Matlab中的Simulink工具箱对无人机的运动系统进行了仿真,对比了所提方法的与常规PID控制方法的仿真.结果表明,该方法能够增强四旋翼无人机对多变环境的适应性,降低系统调整时间.     

基于扰动观测器的时变负载四旋翼无人机自适应有限时间控制

针对具有未知外部扰动和阻力系数的时变负载四旋翼无人机系统,提出了一种复合有限时间控制策略。首先,通过牛顿-欧拉方法建立了完整的四旋翼无人机数学模型。位置环采用自适应参数校正方法对负载进行估计,并与反步递推控制相结合,在阻力系数未知情况下设计了自适应轨迹跟踪控制器。其次,采用基于扰动观测器的有限时间滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性理论进行无人机系统位置环和姿态环渐近稳定和有限时间稳定性验证。最后,通过数值仿真进行验证。结果表明,所提控制器提高了系统的收敛速度,减少了外界扰动对系统的影响。研究方法克服了已有研究要求阻力系数和负载已知的局限性,提高了系统的抗干扰能力,对于增强四旋翼无人机的实际应用性具有一定的参考价值。     

某无人机撞网回收系统动力学仿真

以某无人机撞网回收系统为例,基于LS-DYNA软件,提出了柔性带、阻尼器等关键部件的建模方法,建立了系统有限元仿真模型,进行了不同入网位置的动力学仿真计算,并用试验验证了仿真模型的准确性.仿真和试验结果表明:本文建立的无人机撞网回收系统模型具有较好的工程适用性,提出的动力学建模仿真方法具有一定的通用性.     

基于自适应坏点剔除的多点定位技术

对机场入侵无人机进行监视优化定位,可降低机场运行安全风险。由于无人机飞行具有低、慢、小等特征,机场场面监视信号容易被地面障碍物遮挡。传统定位方法主要采用参考特征点定位,对于参考特征不同的非移动目标,在迭代过程中会产生大量定位误差。根据入侵无人机特征,提出一种基于自适应坏点剔除的泰勒级数展开TDOA定位算法。采用TDOA测量值进行多点定位,构建自适应滤波器对泰勒级数展开初始参考点进行剔除坏点处理,有效地改善了算法收敛性和求解效率。仿真结果表明,自适应坏点剔除算法的定位精度接近基于实际位置的泰勒级数展开算法,收敛速度更快,在地面站相对无人机位置不佳时,新算法的稳定性和定位精度更优,满足机场对入侵无人机监视定位精度要求。     

基于蚁群算法的无人机航路规划

为了提高无人机(UAV)作战任务的成功率，在执行敌方防御区域内攻击任务前必需规划设计出高效的无人机飞行航路，保证无人机能够以最小的被发现概率及可接受的航程到达目标点。针对这一问题，对新近发展的蚁群算法进行了讨论，提出适用于航路规划的优化方法，并对无人机的攻击任务航路进行了仿真计算。仿真结果表明该方法是一种有效的航路规划方法。     

基于Lyapunov导航向量场的无人机协同跟踪地面目标

针对多架无人机协同跟踪一个地面移动目标进行研究.通过基于Lyapunov导航向量场的航向控制使各架无人机收敛到位于目标上空的极限环,绕目标展开跟踪.进一步通过相位控制,使各架无人机均匀分布在极限环上,对目标进行协同跟踪.以3架无人机协同跟踪沿S型公路匀速前行的地面目标进行仿真.结果表明该方法能使无人机成功地完成协同跟踪任务.     

一种小型无人机的FastSLAM算法

为解决未知环境中小型无人机自主飞行问题,将SLAM算法从地面机器人的二维环境扩展到小型无人机的三维环境.首先,建立了小型无人机的SLAM算法数学模型,得到其非线性状态方程;然后,将小型无人机的SLAM问题分解成路径估计与环境地标估计两部分,分别采用粒子滤波器和扩展卡尔曼滤波器进行估计,提出了一种小型无人机的FastSLAM算法;最后,分别采用扩展卡尔曼滤波和FastSLAM算法进行仿真实验,仿真结果表明FastSLAM算法具有更好的定位精度.     

海上救助工作中救助船舶的优选原则与方法

船舶遇险后,正确选择求助船舶的方法是保证成功救助的关键。通过对海上船舶遇形及可能造成后果进行分类及分析,提出了海上救助船舶的择优造字以原则与方法,试图主管机关协调救助行动有所帮助。