无人机激光无线能量传输及跟踪瞄准方法研究

本文介绍了无人机的特点与发展趋势,针对小型无人机能量供给不足的问题,阐述了激光无线能量传输的现状,在此基础上总结了无人机激光无线能量传输的系统结构,分析了无人机激光无线能量传输系统的效率及影响因素,并提出了一种基于协作目标的捕获跟踪瞄准方法。     

无人机激光跟踪与无线供能系统

为了解决无人机工作时间短、续航能力差的问题,采用激光无线供能的方式给无人机进行续航,提出并设计了一套基于跟踪、捕获、瞄准的激光无线能量供给系统,并进行了理论分析,同时在外场200m范围内进行了无人机激光无线供能实验。结果表明,该系统整体光电转换效率约为12%,跟踪精度优于500μrad。该研究为激光跟踪与无线供能技术用于小型航天飞行器提供了参考。     

新型激光多波束系统供能无人机集群方案研究

由于单无人机执行任务量有限、整体效率低,故而无人机集群运动以其稳定性好,执行任务多样性,易操作,易控制等特点受到越来越多的关注。在激光供能无人机集群中,针对无人机的机载能量限制了任务的范围和时长、传统供能方式仅能完成一对一供能导致供能效率较低等问题,本文提出了一种基于光学相控阵技术的新型激光多波束供能系统,包括整体的激光无线能量传输方案、系统工作的整体流程、基于领航跟随法的无人机集群编队控制等,此方案可完成一对多的自调节供能,满足整个无人机集群的能量需求,提高传能距离及传输效率,并通过对无人机集群进行算法控制精准到达预设供能区域。对未来激光无线能量传输应用的领域和方式具有参考价值。     

无人机激光充电跟踪瞄准精度分析

无人机激光充电相比于太阳光充电,能够提高充电能量功率及改善持续充电性能。自动跟踪瞄准精度是无人机激光充电的关键指标。结合激光充电系统的工作原理及组成部件,分析了无人机激光充电跟踪瞄准精度。通过建立无人机激光充电跟踪瞄准模型,分析了对跟踪瞄准精度产生影响的各项误差因素,以及各单项误差变化分别对方位角和天顶角瞄准综合误差的影响。在此基础上进行合理的误差分配,通过误差综合计算得出激光充电跟踪瞄准的方位角和天顶角综合误差。通过对系统瞄准精度的分析,为后续标定提供了理论参考依据。     

激光补给无人机跟踪方法研究

激光供能无人机能实现能量实时补给,提升无人机续航时间。无人机一般情况下,飞行距离地面固定补给站较远,激光光斑增大到完全覆盖无人机机身,导致无线能量传输距离过远,以及如何实施激光跟踪瞄准。针对上述问题,本文提出了一种新的跟踪瞄准方法,根据安装在光伏电池板上光敏传感器的输出电压的对比来对无人机进行最优追踪。经计算得出东西向的偏移量为2.310 mm,与实际偏移量2 mm近似,误差0.31 mm。     

机载激光通信系统精跟踪单元变结构控制技术

APT(Acquisition Pointing Tracking)复合轴子系统是机载激光通信系统的核心技术,也是实现机载激光通信的前提和保证,其中,精跟踪单元对粗跟踪残差进一步抑制,决定着整个复合轴的跟踪精度,是APT系统的核心部分.通过对精跟踪伺服单元结构的分析及复合轴APT系统对精跟踪单元的要求,设计了精跟踪的控制函数模型.根据不同飞行平台振动环境的特点,实现了变结构的精跟踪智能控制,使精跟踪的控制精度达到最优,并进行了MATLAB仿真验证.最后,经过APT复合轴的室内实验系统测试得出:在几种典型的机载平台环境下,最终的跟踪精度都保持在3 μrad左右.     

空间激光通信捕获、对准、跟踪系统动态演示实验

捕获、对准、跟踪(APT)系统是空间激光通信重要组成部分,是通信正常进行的前提与保障。对APT系统组成原理、工作原理、关键技术、系统设计、工程实现等内容进行了详细的研究,在此基础上开展室内模拟实验及野外演示验证实验。室内模拟实验跟踪精度达到2~3μrad,表明本系统可应用在星间激光通信中。野外双端动态演示实验在飞艇-船舶间进行,结果表明系统捕获概率优于95%,捕获时间小于60s,系统跟踪精度由于受到大气湍流影响而降低,多次实验测试表明在湍流中跟踪精度达到5~25μrad。APT系统的成功研制为空间激光通信顺利进行奠定了基础。     

用于无线能量传输的高效率半导体激光器设计

激光无线能量传输在无人机、卫星空间站和探月机器人供电等方面具有潜在应用前景,其系统效率成为了其应用的关键瓶颈。为了提高激光无线能量传输系统发射端激光器的电光转换效率、接收端光斑均匀性和有效窗口收光比,提出了用于激光无线能量传输发射端的高效率半导体激光器设计方案。基于合束效率较高的空间合束设计了一套高功率高效率半导体激光系统,接收端光斑不均匀度可优化至0.207,有效窗口内收光比大于94%。搭建了千瓦级激光无线能量传输实验装置,发射端半导体激光系统直接输出矩形光斑,与矩形光电池匹配,提高了电池阵布片率。利用多光束指向性可调节特点,优化了接收端光斑均匀度,有利于提高接收端电池的转换效率及简化电源管理。该设计与研究为激光无线能量传输的实际应用提供了借鉴意义。     

基于改进卡尔曼滤波的激光补给无人机跟瞄方法研究

激光供能为无人机长时间工作提供了保障,但是激光供能对捕获、跟踪和对准(APT)系统具有较高的要求。本文针对无人机距离地面补给站远、激光跟踪延迟、无人机供给能量不足等问题,提出一种基于自适应卡尔曼滤波算法,采用当前统计模型构建,通过残差检测对无人机模型进行实时的修正,加快位置更新速度,实现激光对无人机的最优跟踪。经过仿真表明,传统卡尔曼滤波算法的误差角度在0.2°左右,本方法的误差角度在0.1°以内,能实现较好的跟踪效果。     

激光干扰对CCD跟踪性能影响的图像尺度分析

分析CCD成像跟踪系统的组成及常用跟踪算法,针对激光干扰图像的特点,结合机器视觉中背景杂波的量化方法,提出一种基于小波能量与平方和根的图像尺度,并将其应用于激光干扰对成像跟踪性能的影响分析。该尺度利用小波能量尺度在成像跟踪系统方面以及平方和根尺度在目标局部对比度方面各自的优点,适用于激光干扰后跟踪算法性能的评估。激光视场内干扰与视场外干扰的实验结果表明,该尺度能够较好地反映激光干扰图像对于CCD成像跟踪算法性能的影响,初步验证了尺度的有效性。     

激光对微型无人机跟瞄充电系统的设计与实现

为了提高微型无人机(MUAV)的续航时间,基于二轴扫描振镜的工作原理,设计了一套激光对MUAV的远程实时跟瞄充电系统.系统采用硅光电池阵列作为光斑位置传感器,其信号经扫描跟踪算法处理后,在地面与MUAV间建立起无线数传反馈链路,控制二轴扫描振镜改变激光发射方向,实现激光束对MUAV的扫描与实时跟踪;同时硅光电池阵列也作...     

基于激光检测的无人机探测系统与实验

现有的无人机探测通常采用以雷达扫描为主,辅以其他传感器探测的方式。但是,目前使用雷达探测的成本较高,而激光器作为一种低成本、低功耗的器件已受到人们广泛关注。以激光为载体,结合无线光通信中的捕获、瞄准、跟踪(APT)系统,设计并实现了一种基于激光探测技术的无人机扫描定位系统,并以气球模拟无人机目标的测试方式,测试了该系统的定位精度和效率。扫描试验结果表明:在激光发射器平均功率小于40mW的情况下,该系统对目标的捕获定位能达到较高的精度,误差在5%以内,最大可探测范围为45m。     

基于激光末端引导的无人机精确回收技术

为了提高野外复杂环境下无人机回收的回收精度及回收成功率,采用了基于激光末端引导体制的无人机精确回收方法,对激光末端引导精确回收无人机系统的工作原理及流程进行了理论分析和验证,取得了无人机引导距离段与激光引导光场辐射场以及无人机偏航角度信息与系统精确回收之间的数据关系。结果表明,在距离着落点1km~2km的粗引导距离段,保持恒定40m的激光引导光场辐射场,可以使无人机快速进入激光辐射场调整偏航角度信息,提高回收的可靠性;在中间距离段,激光辐射场与着落距离按线性关系变化,有利于粗引导转入精确引导阶段;在距离着落点500m以内的精确引导距离段,保持20m的激光引导光场辐射场,可以提高无人机系统的回收精度。将该方案应用到无人机的回收系统中,可以显著提高无人机在复杂环境下的回收精度。     

智能化无人机入侵检测与跟踪拦截系统设计与实现

近年来民用无人机领域发展迅猛,导致无人机“黑飞”事件频出,给国家安全及社会稳定带来了不小的挑战,迫切需要发展反无人机技术。对此,提出一种跟随式定向干扰方案,设计了一套基于视觉的无人机入侵检测与自动跟踪拦截系统。采用HOG+非线性SVM方案来识别无人机,加入ViBe运动目标检测算法来提高识别速度,并通过KCF算法实现无人机目标跟踪。设计制作无人机拦截系统的硬件设备主要包括跟踪伺服系统、底座和托盘等。实验表明,该系统的识别准确率达到90.54%,识别速度为20.56 fps,拦截平台能够在0.5 s内实现对目标无人机的瞄准,跟踪效果良好。在搭建的实物平台上进行系统测试,结果表明,该系统可实现对入侵无人机的运动检测、识别、跟踪与干扰,且识别准确率高,实时性好,能够对入侵的无人机进行自动拦截。     

基于iOS设备的自主航拍巡检控制终端的设计

针对无人机航拍巡检操作繁琐、效率低下等问题,提出了一种基于iOS设备和图像跟踪算法的无人机自主航拍巡检控制终端.使用无人机控制软件开发包搭建了终端与无人机、航拍云台、无线图像传输设备、无人机控制器之间的通信链路.基于FFmpeg实现视频解码,提出了基于自适应尺度的时空上下文跟踪算法,引入尺度参数变化率以在线纠正更新尺度参数的过激变化,大幅增强了航拍云台在复杂背景下的跟踪稳定性,实现了无人机航拍系统对不同尺度目标的自主、稳定跟踪,提高了航拍巡检效率.     

自由空间激光通信中的APT技术分析

自由空间激光通信是一种新兴的通信方式,是光纤通信和无线通信结合的产物。其中,高精度、宽带宽的激光捕获,以及对准和跟踪（APT）是非常关键的技术。简述APT系统结构与其工作过程,并介绍了其中的关键技术,对捕获方法以及跟踪瞄准的精度做进一步分析,通过分析误差得出一个最优值。