基于自适应滤波的无人机编队防碰撞系统研究

针对无人机双机近距编队飞行时,易发生碰撞事故的问题,文中提出了有效控制的防碰撞算法,并建立了半物理仿真系统。采用自适应Kalman滤波为防碰撞控制算法,使编队的距离保持在安全范围之内。该算法通过预测僚机的状态,实时控制僚机机动,当编队达到警戒距离时,僚机迅速执行规避动作,双机分离。搭建了模拟编队飞行的半物理仿真平台,用Zigbee实行无线通讯,以超声波实现机间测距。实验结果表明,该系统能防止编队发生碰撞,并且有效抑制滤波发散,具有较好的鲁棒性和实时性。     

基于伪谱法的编队卫星队形重构防碰撞轨迹优化

提出了基于伪谱法的编队卫星队形重构最优轨迹规划方法.首先,应用Legendre伪谱法将队形重构问题离散化为非线性规划问题;然后,通过庞特里亚金极小值原理计算出不考虑碰撞规避问题时各星最优轨迹的解析形式,并由此计算出各星间的碰撞点;最后,在碰撞点附近设置符合高斯分布的测试点,进一步避免各星在配置点间发生碰撞.仿真结果表明,应用所提出方法得到的队形重构的最优轨迹能够较好地满足各种约束条件,计算精度高、速度快,使得编队卫星自主重构成为可能.     

具有速度、加速度约束的机器人编队避障控制

针对轮式移动机器人的编队避障问题, 提出了一种改进的控制算法, 能够有效实现避免碰撞和规避障碍. 首先, 建立多机器人不同控制增益的全员“航标”引导的非线性循环追踪控制编队, 当编队过程某成员监测执行功 能失效(但仍能运行)时, 可对非失效机器人进行系统降级重组, 并继续执行任务且避免机器人之间发生碰撞; 再通 过引入速度和加速度约束, 以满足轮式移动机器人控制接口及保护电机的需要, 从而保证控制算法的稳定与收敛; 最后, 通过引入惩罚因子对该控制算法进行改进, 使编队成功规避障碍物并进行最短路径规划. 结果表明, 改进的 控制算法增加了多机器人编队的鲁棒性、提高了抗干扰能力及编队恢复执行任务的可靠性, 更有效地实现了编队 避障控制.     

基于能量最优的多约束小卫星碰撞规避控制

针对小卫星间近距离碰撞的问题,提出一种多约束下的能量最优的碰撞规避控制.采用轨道力学和数学表征法建立惯性系下的小卫星轨道动力学模型和约束模型,根据上述模型制定碰撞规避策略,通过数值分析给出最优的轨道系下的控制方向和控制时刻,利用坐标系变换获得惯性系的控制方向,依据霍曼变轨理论给出最优条件下的速度增量.数学仿真给出有约束的碰撞规避轨迹,证明设计的碰撞规避算法的有效性和可行性.     

主从式编队卫星相对导航方法研究

编队卫星间精确的相对位置和速度信息的获取直接影响主从式编队卫星任务的完成.针对传统的集中式滤波算法在实时性和可靠性上的不足,提出利用联邦滤波算法对差分GPS和微波雷达信息进行融合,获得了满足编队任务要求的星间相对导航信息.其中差分GPS导航信息根据主从卫星的GPS测量信息获得;微波雷达通过测量卫星间的相对距离和角度来估算相对位置和速度.仿真结果表明,联邦滤波算法结合了差分GPS和微波雷达的优点,克服单一导航设备可能出现大误差的缺点,有效提高了测量精度,对主从式编队卫星完成飞行任务具有重要意义.     

编队卫星相对位置测量信息自主确定月球引力场的方法

针对月球远月面引力场的数据不能直接测量而导致其测量精度不高的问题,提出了一种基于双星编队的月球引力场自主确定方法。该方法考虑到月球引力场对编队卫星相对运动的影响,通过扩展卡尔曼滤波算法对星间距离测量数据的处理,利用观测量的测量值与一步预测测量值之间的偏差来修正一步预测状态值,从而得到状态估计量,即实现了卫星自主定轨以及月球引力场的自主确定。仿真结果表明,根据对编队卫星在7 430s内的相对位置测量数据的处理,卫星轨道位置和速度确定精度分别能达到5.04m和6.07×10~(-3) m/s;月球J2项摄动常数的精度能达到9.14×10~(-8) ;月球引力场常数的精度能达到3.47×10~7 m~3/s~2。此结果能在一定程度上改善现有的月球引力场模型,为我国"嫦娥工程"提供更多的技术资料。     

基于潜艇先验航向信息的编队应召搜索研究

应召反潜是水面舰艇编队常用的反潜方式之一，现阶段研究的应召反潜方法多是在已知敌潜艇先验位置信息条件下的对潜搜索方法，而对于某些特定条件下的对潜搜索不具有普适性。在研究水面舰艇编队平行应召反潜的基础上，建立了潜艇初始位置和概略航向已知、航速未知条件下的水面舰艇编队对潜搜索概率基本模型，并进行了仿真评估。通过Matlab仿真，给出了水面舰艇数量、接敌速度、搜索速度和潜艇机动速度等因素对搜索概率的影响关系，为水面舰艇编队反潜作战提供了理论依据和技术支撑。     

基于星载GPS卫星编队可视化仿真系统

针对研究星载GPS编队卫星自主导航算法及模型对编队的影响,为实际编队提高导航定位精度,结合数据库系统编制出了关于星载GPS编队卫星仿真系统。在分析卫星编队相对导航运动规律基础上,利用OPENGL及数据库技术对星载GPS空间圆编队,车轮式编队和水平圆编队进行了三维可视化仿真,给出了设计过程。考虑到编队卫星需要接收GPS信号进行自主导航,利用GPS星座可见性分析方法,实现星载GPS编队卫星的GPS星座选择。三维可视化仿真结合STK进行了验证。仿真系统已作为编队方案设计、编队飞行相对导航仿真算法设计的基础工具,还为将来各种航天器编队飞行应用技术及航天器对接技术提供可靠的试验基础数据和技术依据。     

小卫星编队飞行的自主控制与规划调度

本文针对小卫星编队飞行研究的重点问题,从功能分配的角度对小卫星编队飞行的自主控制系统进行设计,并针对小卫星编队飞行的规划和调度采用基于模型的智能推理方式进行工作这一特点,研究了小卫星编队飞行的规划和调度系统的体系结构。     

磁控小卫星编队飞行的非线性控制

磁控小卫星编队飞行利用磁力和磁力矩对编队小卫星进行位姿调控,不受星载燃料的限制,同时还避免了由推进器羽流造成的光学干扰和精密设备污染。基于磁力研究编队小卫星的相对运动控制问题,介绍了编队卫星的磁力模型和相对运动模型,采用饱和函数方法给出了非线性控制律,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的稳定性,最后,利用该方法对两星编队磁力控制进行仿真验证,结果表明：完全依靠电磁力编队卫星是可控的。     

汽车碰撞预警主动安全预测方法

汽车主动避撞系统的研究主要是为了能够提前对汽车碰撞做出预警及自动处理,有效抑制交通事故的发生。文中开展基于摄像头、激光雷达、车间通信的车辆防碰撞预警关键技术研究,提出了一种适用于智能车超车换道阶段的基于TTC和冲突概率估计的碰撞概率主动安全预测算法。综合考虑时间域和超车距离等条件的约束,建立车辆超车换道最小安全距离模型;依据超车行为约束条件,提出碰撞时间与碰撞概率的公式(TTC);同时引入多元高斯分布的概率密度函数,用冲突潜在领域表示潜在冲突的可能性大小,建立了两车潜在冲突区域重合的概率密度计算模型。在1∶10模拟赛道仿真平台上对所提方法进行了模拟测试,其对4辆智能车200次的同向及反向接近预警警报和紧急警报的准确率均为100%,从而验证了该方法的有效性。     

Collision Avoidance Based on Line-of-Sight Angle

This paper focuses on the problem of collision avoidance for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The dynamics of the UAV are modeled as a Dubins vehicle flying at constant altitude. The angular velocity is used as control input in order to avert a possible collision with a single obstacle, while the speed is left as an extra degree of freedom to achieve some temporal requirements. The proposed control algorithm uses only the line-of-sight angle as feedback: in this sense, the main contribution of this paper is providing a solution to the collision avoidance problem that can be used in situations where it is not possible to measure data such as position and velocity of the obstacle. A theoretical analysis of the result is provided, followed by simulation results that validate the efficacy of the control strategy.     

A 3D Collision Avoidance Strategy for UAVs in a Non-Cooperative Environment

This paper presents a feasible 3D collision avoidance approach for fixed-wing unmanned aerial vehicles (UAVs). The proposed strategy aims to achieve the desired relative bearing in the horizontal plane and relative elevation in the vertical plane so that the host aircraft is able to avoid collision with the intruder aircraft in 3D. The host aircraft will follow a desired trajectory in the collision avoidance course and resume the pre-arranged trajectory after collision is avoided. The approaching stopping condition is determined for the host aircraft to trigger an evasion maneuver to avoid collision in terms of measured heading. A switching controller is designed to achieve the spatial collision avoidance strategy. Simulation results demonstrate that the proposed approach can effectively avoid spatial collision, making it suitable for integration into flight control systems of UAVs.     

Collision avoidance strategy optimization based on danger immune algorithm

Marine collision accidents cause a great loss of lives and property. As a possible solution, the danger immune algorithm is used to achieve ship collision avoidance strategy optimization, which is a multi-objective problem concerning safety and economy. Collision avoidance operations are encoded as the individuals of optimization algorithm. In the system, ship domain and ship arena, among others, are used for collision risk evaluation to assess the fitness of individuals. Through the optimization, the navigator will obtain the optimal collision avoidance strategy to achieve safe and efficient collision avoidance. The simulations indicate that the optimization algorithm is valid.     

基于非配置点部分误差控制联立方法的编队卫星队形重构

针对编队卫星队形重构问题,提出一种基于非配置点部分误差控制的联立方法。首先采用基于Radau配置点的拉格朗日插值多项式对微分代数方程组进行离散化处理;然后引入非配置点,要求避撞条件在非配置点处严格满足,但不对状态变量在非配置点处的误差估计进行控制,从而降低离散化后得到的非线性规划命题的求解难度;最后对3颗编队卫星的队形重构问题进行测试和仿真并与相应文献中的结果进行了比较,数值实验结果表明该方法具有更高的求解精度和求解效率。     

基于GNSS的编队卫星相对定位模糊度解算性能分析

模糊度解算性能是影响卫星导航系统相对定位精度的决定性因素之一。针对编队卫星的星间相对定位需求,对影响模糊度解算成功率的主要因素及其作用进行了分析。通过多种场景下模糊度解算成功率的定量仿真,说明组合多种GNSS星座、增加观测频率的个数以及选取与星间基线长度相适应的电离层模型,均有利于提高模糊度解算的成功率,该结果对于相对定位性能的预测与编队卫星系统优化设计具有参考意义。     

A Novel Multi-agent Formation Control Law With Collision Avoidance

In this paper a stable formation control law that simultaneously ensures collision avoidance has been proposed. It is assumed that the communication graph is undirected and connected. The proposed formation control law is a combination of the consensus term and the collision avoidance term (CAT). The first order consensus term is derived for the proposed model, while ensuring the Lyapunov stability. The consensus term creates and maintains the desired formation shape, while the CAT avoids the collision. During the collision avoidance, the potential function based CAT makes the agents repel from each other. This unrestricted repelling magnitude cannot ensure the graph connectivity at the time of collision avoidance. Hence we have proposed a formation control law, which ensures this connectivity even during the collision avoidance. This is achieved by the proposed novel adaptive potential function. The potential function adapts itself, with the online tuning of the critical variable associated with it. The tuning has been done based on the lower bound of the critical variable, which is derived from the proposed connectivity property. The efficacy of the proposed scheme has been validated using simulations done based on formations of six and thirty-two agents respectively.      

基于DSP的防撞雷达系统设计与实现

为保证汽车在高速公路上的行车安全,根据线性调频连续波雷达的基本原理,设计实现一种基于数字信号处理技术的毫米波车载前向防撞雷达系统。雷达系统根据简化的二维恒虚警率降低目标检测时的虚警概率,用MTD频域配对法找出同一目标出现在上、下扫频的频谱。实验结果表明,该系统能实时准确地检测前面目标车辆的距离与速度信息,运行稳定可靠。     

基于未知环境碰撞冲突预测的群机器人多目标搜索研究

群机器人在未知动态环境下进行多目标搜索时,存在碰撞预测和搜索效率不高等问题。提出了一种碰撞几何锥和改进惯性权重的粒子群优化算法相结合的多目标搜索策略。首先,根据静、动态威胁物的不同分别引入碰撞锥(CC)和速度障碍法(VO),提出了简化复杂障碍物的膨胀几何法(SG)和一种改进CC和VO的碰撞几何锥模型(CGC);有效解决了复杂不规则威胁物的避碰预测问题,并根据CGC模型作出威胁评估报告以确定最优避障方向。其次,提出一种改进惯性权重的粒子群优化算法(IWPSO),提高了搜索效率同时有效解决了粒子群优化算法易陷入局部最优的问题。最后,将两种改进的方法(CGC-IWPSO)相结合以实现群机器人的多目标任务搜索,相比于简化虚拟受力(SVF)、自适应机器人蝙蝠算法(ARBR)、具有运动学约束的粒子群算法(KCPSO),本文方法在搜索时耗、能耗以及避障次数上分别至少减少了15.59%、10.14%、14.12%。     

基于ADS-B的飞机预警避撞算法研究

为解决引入广播式自动相关监视技术(ADS-B)后飞机密度加大带来相撞概率增大问题,提出了一种基于ADS-B的飞机预警防撞算法.该算法将飞行冲突区域分为保护和避碰区域,冲突告警分为低级、保护区域和避碰区域告警.该算法有效利用ADS-B提供的数据,在本机的垂直和水平方向分别设计了合理的保护和避碰区域的预警防撞空间和时间门限...