航迹插值在无人飞行器电磁干扰分析中的应用

为了提高空中飞行器飞行系统的稳定性,必须确保航迹上电磁干扰分析结果正确,因此需要对不够密集的相邻航路点之间的航线进行插值.根据飞行器的飞行特点和电磁干扰分析性能的要求,给出了大圆航线上等距离和等角航线上等距离两种插值方法,并给出了两种方法的原理和仿真流程.结果证明,两种方法的应用确保了电磁干扰分析结果的准确性,大大提高了空中飞行器系统的稳定性.插值方法的应用为飞行任务可靠地执行提供了有力的保障.     

基于动态规划的无人机航路优化问题研究

无人机航路规划往往指无人机在初始位置、终止位置和一些目标任务结点确定之后的航迹优化问题;在无人机飞行任务执行过程中,无人机需要在参考飞行航线的约束下,根据局部地形、地貌、障碍、威胁等信息以及飞机本身机动能力的限制,实时的计算出飞行航路,并跟随该航迹完成飞行任务;在利用Dynapath(动态路径)算法进行参考航线优化的过程中,考虑了飞机机动性能的限制;在此基础上,详细讨论了参考航线由多航段组成时航路点的处理方法并进行了计算机仿真,仿真结果表明该方法可以比较理想地进行航路点的处理,得到比较良好的最优航迹。     

六自由度无人动力伞的动力学建模

针对动力伞的动力学研究,建立了全量模型研究无人动力伞飞行中动态特性问题。在惯性系下从牛顿力学基本原理出发,用矢量方法推导无人动力伞的动力学方程;经过坐标转换,得到动力学方程在体轴系下的形式,并补充运动学方程,使方程组满足封闭性要求,从而建立完整的矢量动力学模型。通过两个仿真算例,分析了动力伞实施推力和航向舵下偏控制的飞行特性,验证了模型的合理性。     

基于SOKID的无人动力伞模型辨识

对具有独特飞行特性的无人动力伞(Unmanned Powered Parafoil,UPP)进行了研究,建立了无人动力伞九自由度非线性动力学方程,研究了观测器/卡尔曼滤波辨识算法和改进的子空间观测器/卡尔曼滤波辨识算法.根据系统的飞行数据,辨识得到系统的纵向状态空间模型,分析了两种辨识模型的俯仰角响应特性和辨识精度.仿...     

基于模糊神经网络的无人动力伞控制

针对无人动力伞在执行任务时常常在低空、城市上空等复杂气流环境飞行,无人动力伞的响应特性受到飞行速度、航向角和各种风的综合影响,具有的非线性和不确定性.导致事先设计的控制规则不再适合,对此基于PID的控制算法难以达到满意的控制效果.本文提出了一种模糊神经网络控制无人动力伞航向控制策略,利用RBF神经网络所特有的局部逼近能力,对模糊控制规则进行在线推理并获得连续输出,采用GA算法对神经网络参数进行调整来实现对模糊控制器规则库的优化和模糊规则的自动生成.使控制器能够进一步适应无人动力伞实时控制中的时变性和不确定性,保持良好的控制性能；仿真表明算法是可行的.     

无人动力伞在线子空间预测控制

针对无人动力伞(UPP)的飞行具有不确定性、非线性和复杂性的特点,建立了无人动力伞6自由度非线性动力学模型,仿真分析了模型对输入信号的响应特性.提出了无人动力伞在线子空间预测控制算法.该算法能及时地克服模型失配、时变及干扰等对飞行控制系统的影响,使有约束的预测控制能够在控制时域内保持最优.仿真结果表明,该算法能有效辨识仿真模型产生的输入输出数据,表现出了较好的跟踪性能和控制精度.     

无人机自主航路规划平台设计

基于人机交互的需求,设计了一款无人机自主航路规划平台。该平台主要应用于无人机飞行前的航路规划工作,能够在已知任务环境信息的基础上,根据任务需求,规划出一条有效航路,同时具备控制无人机飞行、飞行状态监控等功能。首先,在国内外无人机系统适航标准规范的基础上,针对突发或紧急任务下无人机地面操作员工作负荷增大等问题,对无人机航路规划系统设计的安全性要求和人机交互需求进行了归纳梳理;然后,基于航路规划系统功能需求,从航路规划、通信、控制、状态监控等方面,构建了航路规划平台,并采用MATLAB APP Designer完成了软件平台的开发;最终试验测试表明该平台符合设计需求。     

风场环境下无人动力伞高度控制

无人动力伞系统具有非线性和较强耦合性的特点，飞行高度与稳定性同时受多个维度上的影响，难以控制。针对复杂风场扰动环境下动力伞的高度稳定控制问题，对动力伞非线性姿态控制模型以及控制器参数自整定进行研究。首先对动力伞动力学模型进行分析，在此基础上引入风场模型。将风场环境和动力伞非线性方程进行组合，利用PID控制器进行控制研究，分析无人动力伞在不同模式下高度上升的稳定性控制，然后基于此条件进行仿真分析，并通过仿真验证模型可靠性。     

一种小型无人直升机自主起飞控制方法

针对小型无人直升机(Small-scale unmanned helicopter, SUH) 起飞过程中过度依赖于地面飞行手的问题, 提出了一种基于经验知识与系统辨识的自主起飞控制方法. 首先, 通过研究专业飞行手手动操纵小型无人直升机起飞过程中高度与油门、总距舵量等信息的对应关系, 分析了利用学习飞行手的操纵行为实现小型无人直升机自主起飞的可行性, 并设计了小型无人直升机自主起飞控制流程. 引入了安全高度及变增益控制以提高自主起飞过程中的飞行安全性能, 利用不完全微分控制方法抑制了微分高频噪声. 其次, 为了获取自主起飞过程中控制参数, 采用自适应遗传算法对小型无人直升机动力学模型进行了辨识, 在动力学模型的基础上进一步辨识得到了飞行控制参数. 最后, 通过在小型无人直升机平台进行的实际飞行实验, 验证了本文方法的有效性.     

等方位角穿越实现隐身航路规划方法研究

在防空系统组网的安伞航路优化问题的研究中,针对非隐身设计的常规飞行器安全穿越雷达的技术,为提高飞行器隐身效果,提出一种利用等方位角飞行进行隐身航路规划的方法.依据飞行器雷达散射截面(RCS)变化特性和雷达可探测范围图,建立了基于等方位角穿越飞行的飞行器雷达隐身航路规划数学模型.利用等方位角隐身穿越航线满足的几何特征,给出了隐身穿越航线段起点和终点的计算机数值解算流程,建立常规飞行器的简化运动方程并求解相应控制率,在MAT-LAB平台上进行仿真.仿真结果表明.非隐身飞行器可以利用等方位角飞行达到隐蔽穿越雷达探测区域的目的,为设计提供了依据.     

飞行器控制面临的机遇与挑战

当前,飞行器控制的发展面临前所未有的机遇与挑战.基于对飞行器的发展趋势、新需求和新技术特征的分析,本文从飞行器新技术特征、信息化环境、无人系统自主性、高可靠可重构容错系统、飞控系统评估与确认五个方面研究和分析了飞行器控制面临的机遇与挑战.为了达到利用机遇和赢得挑战的目标,作者建议加强如下五个方面的研究: 加强面向飞行器新技术特征的飞行器控制概念、理论与方法研究; 加强面向信息化环境的控制、计算与通讯一体化,以及控制、决策与管理一体化的研究; 加强面向不确定性的无人系统高级别自主性的研究; 加强面向高可靠、高安全性的可重构容错飞控系统的研究; 加强面向高效、高可信度的飞控系统评估与确认方法的研究.     

BEES: exploring Mars with bioinspired technologies

The bioinspired engineering of exploration systems (BEES) applies insects' biological sensory and flight control abilities to the design of real-time autonomous, visual-navigation and control systems for small unmanned flying vehicles. The bioinspired engineering of exploration systems focuses on using the variety of nature-tested mechanisms successfully implemented by biological organisms but not easily accomplished by conventional methods. We apply BEES technology to the development of bioinspired visual navigation sensors integrated on small flyers to enable autonomous flight. BEES technology extracts the salient principles from a variety of diverse organisms adept at flight, and applies them to machines that can fly on Mars.     

基于双目视觉的小型无人直升机位姿检测

无人直升机的位置与姿态检测是直升机自主飞行控制的基础。基于双目视觉原理,对直升机标志点进行检测并跟踪,利用基于顺序一致性的极线约束匹配方法,对检测到的多个标志点进行立体匹配,计算标志点三维坐标从而得到无人直升机的位置与姿态信息。设计一个基于双目视觉的小型无人直升机空间位姿测量托架,用于飞行控制模型及飞行控制算法的研究及验证。     

无人直升机悬停至前飞切换控制

模态切换控制是无人直升机实现全天候自主飞行的关键,实现飞行模态闯快速平稳的切换是无人直升机控制器设计的主要目的。针对无人直升机悬停至前飞过切换程时高度不能保持现象和对象无人直升机高度一航向通道之间存在耦合,提出了前飞速度和航向角速率补偿设计高度通道控制律,升降速度和总距风扇联动关系补偿设计航向通道控制律。最后通过大量仿真试验验证了此方法的可行性和有效性。     

小型无人机三维导航控制研究

为提高小型无人机自主飞行的安全性能,更好地执行特定任务,在二维平面导航的基础上提出一种三维导航控制方法;给出三维导航控制器总体结构的设计,介绍了非定高下航程推算的原理,重点阐述了自主飞行中如何在平面导航基础上引入高度控制;利用Matlab/Simulink工具箱搭建仿真模型对三维导航控制律进行仿真验证;仿真结果表明,设计的控制方法切实可行,三维导航系统稳定性良好。     

Robust flight control law design for an automatic landing flight experiment

The Automatic Landing FLight EXperiment, ALFLEX, was conducted by the National Aerospace Laboratory and National Space Development Agency of Japan, in order to develop their automatic landing technology for future unmanned reentry space vehicle. All the flight experiments were successfully completed. Because the ALFLEX vehicle is an unmanned and autonomous vehicle which has tip-fin wings, the flight control law has to achieve high-response-performance and robustness simultaneously. In this paper, the design method used to achieve these objectives is presented, as well as the results of flight experiments related to performance and robustness.     

新型无人直升机纵横向无姿态反馈自适应控制

针对小型无人直升机固有的多轴多齿轮啮合复杂传动系统存在的非线性振动所引起的姿态测量低可靠性问题,以新型涵道风扇式无人直升机为例,提出了一种纵横向无姿态反馈的自适应控制策略.增稳回路采用模型参考自适应解耦控制,加速度回路采用自适应极点配置,位移回路采用主导极点可配置的PD控制,实现了自动航线飞行.试飞实验表明,在飞行速度变化较为显著时,偏航距较小,达到了满意的控制效果,可为无人直升机姿态传感器故障应对提供参考.     

Design and implementation of an autonomous flight control law for a UAV helicopter

In this paper, we present the design and implementation of an autonomous flight control law for a small-scale unmanned aerial vehicle (UAV) helicopter. The approach is decentralized in nature by incorporating a newly developed nonlinear control technique, namely the composite nonlinear feedback control, together with dynamic inversion. The overall control law consists of three hierarchical layers, namely, the kernel control, command generator and flight scheduling, and is implemented and verified in flight tests on the actual UAV helicopter. The flight test results demonstrate that the UAV helicopter is capable of carrying out complicated flight missions autonomously.     

An Experimental Test Bed for Small Unmanned Helicopters

This paper introduces a custom experimental test bed for the evaluation of autonomous flight controllers for unmanned helicopters. The development of controllers for unmanned helicopters is a difficult procedure which involves testing through simulation at first, and then actual experimentation on real vehicles. As simulation cannot accurately represent the exact real flight conditions and the dangers involved in them, the suggested test bed fills the gap between simulation runs and experimental flights. The developed system involves a small helicopter mounted on a flying stand, equipped with a set of sensors for real-time flight monitoring and control. For demonstration purposes, the test bed has been used for design and validation of a fuzzy logic based autopilot, able to perform hovering and altitude control. Experimental results are presented and commented for various test cases.     

新息序列驱动的无人机控制系统数据攻击检测

伴随物联网和自主系统的不断发展,信息物理系统的网络安全备受关注.无人机是一种典型的依靠通信和控制系统实现自主飞行的智能装置,其安全性尤为突出.本文针对无人机的状态估计算法,考虑其传感器和控制指令受到数据攻击,提出基于扩展卡尔曼滤波的新息序列状态估计检测方法.首先建立无人机信息物理模型,引入状态估计算法和数据攻击模型.然后,利用新息序列构造标量检测统计量用于数据攻击检测,并针对飞行器机动造成的状态跳变引入负无穷范数,用以降低数据攻击检测的误检率.最后,通过仿真实验验证所提出的检测方法能有效检测不同威胁模式下和状态下无人控制系统的数据攻击.