基于MapX开发的无人机导航系统

使用MapX在无人机导航系统中添加能够处理矢量地图数据的地理信息模块,可以显著地提升系统的性能;文章对如何在矢量地图下进行无人机导航与任务规划进行了研究,完成对地理信息系统中矢量地图的基本控制和操作,并在地理信息图上进行航线的设定与修改;另外,针对二维矢量地图无法对无人机进行三维空间定位的问题,文章通过在无人机导航系统中添加高度位置显示模块,用二维平面地图与高度图相结合的方式来实现对无人机位置的三维定位;通过在无人机仿真实验系统中的使用,证明了该系统能高效、直观地对无人机飞行进行监视与控制。     

无人机三维实时航迹规划仿真平台

无人机航迹规划是任务规划中的关键技术,为得到一条既安全可靠又全局代价最优的三维航迹.针对实现实时动态规划最佳航迹,利用图形用户界面开发环境,规则网格的数字高程地图模型建立了基于地形因素的多种威胁源模型,采用改进型概率地图法(probabilistic roadmap method,PRM)与最短路径搜索-Dijkstra算法相结合的方法规划了三维航迹.最终设计的平台能够实现多种航迹规划算法的搜索,二维与三维、实时与非实时、单机与多机的航迹规划仿真.通过平台的实际运行,证明了改进PRM算法的高效性,同时验证了该平台的有效性与实用性.     

一种基于道路知识的矢量地图数据校正方法

准确完整的交通矢量地图是车辆导航、路径寻优等应用工作的良好基础.为了解决交通矢量地图的错误数据信息问题,在分析城市道路分布特点的基础上,提出了一种基于道路知识的矢量地图数据校正方法.将矢量数据信息中普遍存在的错误进行分类,通过对城市道路设计规范和城市道路相关知识的归纳,抽取出对各种类型错误的判定规则和校正算法,为矢量地图的校正提供了一种较新的思路.实验结果表明,该算法能够快速有效的检测和校正矢量地图数据信息中存在的各类问题,能够保证矢量地图拓扑的准确性和完整性.     

帝国竞争算法在无人机三维航线规划中的应用研究

针对实际飞行环境中无人机的三维航线规划问题,提出了一种创新启发式优化算法——牛顿帝国主义竞争算法(NICA,Newtonian imperialist competitive algorithm).该算法能够根据无人机的飞行轨迹,从起始位置到任务目标位置生成平滑的航线路径,约束航线规划,使得目标完成任务的时间最小化.该算法也能为无人机在真实地形上的航线提供最佳轨迹路径.最后通过与ICA、GA和PSO算法进行比较,验证了改进算法的有效性.结果表明:改进帝国算法提高了全局最优解的搜索能力,在收敛速度和精度上优于其他3种算法,适合用来解决无人机的三维航线规划问题.     

基于信息图的多无人机三维协同搜索动目标方法

针对多无人机协同搜索区域内多运动目标问题,考虑传感器的探测概率与虚警概率、无人机的飞行与避撞约束和目标随机运动等特征,提出基于信息图的多无人机三维协同搜索方法.以无人机搜索的短期收益、长期收益和协调收益的平衡为核心,考虑无人机三维运动的特征,构建多无人机协同搜索的数学规划模型,并设计包含目标存在概率、环境不确定度、重访信息素和搜索增益4个因子的搜索信息图.基于滚动规划架构,整合新提出的剪枝方法进行模型的求解.在典型的协同搜索场景下,通过数值仿真验证所提方法的有效性.仿真结果表明,所提出的方法可以在秒级的时间内做出每架无人机的三维航迹决策,重访信息素和搜索增益因子可以引导无人机捕获更多的目标.对比仿真结果表明,所提出的方法可以在捕获更多目标的同时具有更少的误判次数,有效提升了多无人机协同搜索的任务效能.     

无人机机载雷达作业的航线控制优化研究

对无人机机载雷达作业的航线控制优化方案进行了研究，以山地多旋翼无人机作业航线的精准控制方法为例，设计了山地无人机作业整体流程。首先，设计了由测绘环节、三维航线生成模块、及山地航线控制环节组成的山地无人机作业整体流程；然后对关键环节即山地航线控制进行研究与设计，其中，基于拓展卡尔曼滤波高度融合位置估计采用RTK定位技术来获取无人机的GPS坐标数据，然后通过数据融合实现无人机位置估计；实时山地航线控制主要由内环模糊自整定PID参数控制器来实现对山地无人机作业的航线控制；最后，分别对关键环节的方法以及整体山地无人机作业航线机控制精度进行测试。测试结果表明：设计了高度位置估计与实时山地航线位置控制方法能够满足优化的需要，且上升航点与下降航点的平均误差相比于传统PID控制器产生的误差分别降低了0.6 m与0.2 m以上，大大提高了山地无人机作业航线的精准度。     

基于改进A*算法的无人机三维空间避障路径规划

无人机在有障碍物的三维空间环境中飞行,采用常规A*算法进行避障航线的规划存在搜索节点多、搜索区域大、搜索时间长、搜索效率低、生成的航线拐角多且含有大量非必要冗余航点、没有考虑无人机自身体积与尺寸而引发的飞行中与障碍物边界碰撞的航线不安全等问题。因此，设计一种改进A*算法,首先,考虑无人机本身体积与尺寸,提出一种消除边界碰撞事故的子节点扩展方法；其次,改进评价函数,减少往复搜索次数,缩小搜索区域面积,提高搜索效率；然后,根据Floyd思想,对生成的航线进行简化处理,消除航线中的冗余航路点,减少航线转角数量,达到简化航线并改善航线平滑度的效果；最后,非线性仿真及飞行试验表明了改进的A*算法生成的航线更加安全、高效,并使无人机的飞行连续和顺畅。     

无人机地面站三维一体化显控软件设计

介绍了无人机地面控制系统软件的组成和工作原理,讨论了一体化显控软件的设计问题,并说明了软件在联试过程中出现的问题和处理方法。该软件利用Skyline 的三维GIS技术,以三维地图为背景设计出无人机地面一体化显控软件,能够实时显示无人机的飞行姿态、飞行轨迹、位置及参数,实现任务航线的编辑、装订与显示,发送飞行控制指令。     

城市低空环境中多旋翼无人机在线航线规划方法

为无人机规划一条从起点出发到达指定目标点的航线是实现无人机各种应用的重要前提.飞行过程中,无人机应具备对于各种动态变化快速响应并重新规划航线的能力.针对多旋翼无人机在飞行过程中可能遇到的各种动态变化,研究其在离散城市环境下的在线航线规划问题.首先,建立离散环境模型,并基于此模型定义无人机飞行规则;随后,建立无人机航线规划模型,包括对航点的约束条件及航线规划的指标;其次,将各种动态变化按照其对无人机的不同影响进行分类,分为固定禁飞区、合作无人机、非合作无人机3类,并针对不同种类动态变化特点,分别提出重新规划三维航线、改变飞行速度、滚动优化三维航线3种在线航线规划策略及综合应对策略;然后,改进快速随机扩展生成树算法(RRT),使其适合于离散城市环境.仿真实验中分别验证了所提出的在线航线规划策略在应对单一动态变化及组合动态变化时的有效性.     

交通矢量地图离散非线性校正算法

该文从交通矢量地图的基本特征出发,在深入分析矢量地图的网络拓扑结构的基础上提出了一种新的矢量地图自动校正算法,即：离散非线性校正算法。算法的关键在于离散块的选取以及所选取离散块内各节点的相应调整。通过对整个地图平面的分块非线性校正,在合理选取校正样本的情况下能够对整个地图的所有局部区域达到最优的校正。与传统的线性自动校正算法相比,这种算法可以有效地消除矢量地图中的非线性误差,理论上也有所深入。实验中将该算法应用于合肥、成都等城市的矢量地图校正中,取得了良好的校正效果。应用校正算法得到的交通矢量地图将为交通管理或监控导航系统提供准确的资料信息和更好的智能决策服务,从而给人们生活带来极大的便利。