无人机遥感影像获取及后续处理探讨

作为卫星遥感和航空遥感的有益补充,无人机航空遥感系统获取遥感影像具有多种特性。通过4次无人机航拍试验,根据所获取的遥感影像和飞行辅助数据,对航拍数据进行拼接。从航拍的多个方面对飞行试验以及实验成果进行了质量评价。并提出了无人机应用于航拍时存在的问题及一些改进方法。     

一种无人机飞控计算机系统设计

1、引言 随着国家经济建设的突飞猛进,资源调查和环境监测工作越来越重要,任务周期越来越短,常规卫星和航空遥感手段己难以满足应用所需,特别是许多分辨率要求高、时间要求快的应急动态监测缺乏有效的手段.现有小型无人机系统为空间信息监测提供了一种数据快速获取、处理、应用分析一体化的新型技术手段,一些小型无人机系统用于陆地小面积图像获取和简单科学数据参数的观测.但现有技术的这些小型无人机尚不能完成动态应急监测和定期监测,主要原因是控制这类无人机飞行的飞行控制系统和地面监控系统的导航定位、遥控、大数据量双向传输等方面存在技术缺陷,无法满足实际需要.     

遥感影像立体匹配网络跨域迁移能力分析

鉴于数据跨域(cross-domain)现象对基于深度学习的立体匹配网络的迁移性能的影响,文章综合评价了当前立体匹配网络在无人机和航空遥感影像中的性能。针对PSMNet(2018)、DSMNet(2019)、CFNet(2021)、RAFT-Stereo(2021)、STTR(2021)5种典型算法,在合成、驾驶、无人机、航空这4种代表性影像数据集上设计了同域、跨域和精化实验,采用定量化指标测量了不同网络的精度表现,评价了各个网络在遥感影像上的场景适用性和跨域性能,为探索立体匹配网络在对地观测影像上的实用化运用提供了参考。经实验得到如下结论：受视差分布、场景类型等因素的影响,当前立体匹配网络在无人机和航空遥感影像上的误差较大,适用性不高;域归一化、多尺度代价体可以提高立体匹配网络的跨域表现,但提升效果有限;将Transformer等自然语言处理模块用于立体匹配任务可以提高网络表现,但同时也对训练数据有更高的要求,当前无人机和航空影像数据集还不能满足训练数据需求。     

航空遥感数据同化算法集成计算与可视化

遥感数据同化技术在动力模型框架内,使用数据同化算法对动力模型输出的定量(物理、化学量)数据与观测数据进行一致性处理与结果误差分析。将多源遥感数据同化到动力模型预测与参数估计中,可帮助改善地表、大气和海洋变化的分析和预测精度。以国家发改委"十二五"建设的国家航空遥感系统项目为依托,针对航空遥感系统10种传感器设计开发数据同化系统。因无法找到适用于该系统的3DVAR和EnKF算法程序,必须自主开发核心算法程序。介绍了研究开发的航空遥感数据同化算法集成计算与可视化系统及其核心算法的关键技术流程。实验结果证实,该系统可以有效地对航空遥感数据进行同化。     

基于uC/OS的无人机仿真系统设计与实现

为了在地面设计无人机控制律,验证无人机飞控系统工作性能,本文设计与实现了基于uC/OS嵌入式操作系统的无人机仿真系统.该仿真系统由飞行仿真PC上位机、地面控制站PC机和控制下位机组成.能够模拟航迹规划,指令发送和无人机跟踪航迹飞行全过程.仿真实验表明该仿真系统能有效模拟无人机系统工作过程,能够为无人机系统开发提供支持.     

航空遥感任务航迹规划系统设计与实现

航迹规划系统是执行航空遥感任务的重要组成部分,航线设计是该系统中重要的功能之一.论文针对航空遥感任务的实际需要,开发了航迹规划系统,并详细介绍了系统主要功能与主要技术,系统测试结果表明,该设计方案比其它设计方案更能满足实际任务的需求.     

智能型四旋翼无人机飞控系统的设计与实现

通过数学建模进行动力学系统分析,设计实现智能型四旋翼无人机飞控系统。构建四旋翼无人机动力学模型并进行理论分析;设计无人机机架,对各组成模块进行测试、分析和实验;实现无人机飞控系统的自主避障和智能飞行;实现旋转机臂,使无人机具有新型的加速机制和变向模式。飞行实验结果表明,该无人机飞控系统取得较好的效果,灵敏性强、稳定性高,总体性能良好。     

无人机飞行记录分析系统研究与设计

分析了目前无人机飞行记录系统的现状，研究了其记录方法和体制。针对无人机目前使用、维护和质量评估的现状，采纳有人飞机飞行参数处理系统的技术，设计了无人机飞行记录自动分析系统，提出了系统的设计目标、基本组成、工作流程，以及在设计中存在关键技术的解决方法，提高了无人机系统自动化检测的程度。     

无人机模拟训练系统需求分析

为提高无人机系统的作战效能,利用无人机模拟训练系统对无人机操控人员进行培训,是一种有效手段。通过对无人机模拟训练系统在教学训练中的功能分析,提出了无人机模拟训练系统的设计需求,为无人机模拟训练系统的研制提供参考。     

基于Labwindows/CVI的无人机畸变测试系统设计

针对现代无人机电网电压畸变参数检测的需求,设计了一种基于Labwindows/CVI的无人机专用畸变测试系统;根据实际装备的需求,设计过程中注重便携的特点和模块化设计思想,完成了系统的硬件和软件设计;为了提高设计的准确性,该系统还采用硬件滤波和数字滤波两种滤波方式进行滤波;实际应用表明,该系统能够准确测出无人机电网的畸变参数与畸变频谱,且各项测试指标均达到了设计要求,能够满足无人机电网交直流畸变测试的需要。     

S/X/Ka频段卫星地面站无人机测试标校设计

利用测试标校设备对卫星地面站系统进行校准维护,是卫星地面站建设和运行过程中的重要环节;标校设备能够消除地面站在使用过程中产生的系统误差,但是传统固定标校塔不能满足Ka频段的远场使用条件,因此采用无人机平台取代固定标校塔能够同时满足S/X/Ka三频段地面站使用需求,提高了标校设备使用的机动性和灵活性,降低了建设成本;通过对无人机使用的法律法规研究,对系统重要性能指标论证,设计了三频段测控数传一体地面站无人机测试标校系统,采用Ⅱ类无人机平台,搭载有效载荷标校源、天线、远控模块,通过地面与机载通信链路进行信号通断、极化切换等控制,经实际应用满足了S/X/Ka频段卫星地面站建设工程上的应用。     

UAVs surpassing satellites and aircraft in remote sensing over China

ABSTRACT

Many users are now showing strong interest in UAV RS (Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing) due to its easy accessibility. UAVs have become popular platforms for remote sensing data acquisition. In a number of practical and time constrained circumstances, UAV RS data have been widely used as a substitute for traditional satellite remote sensing data. However, airspace-related regulations are far behind the rapid growth in the number of UAVs and their wide applications. Much effort of the network-based UAV RS have been made by the UAV RS group of the Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences (IGSNRR, CAS), which proposed the concept of UAV RS data carrier. UAV RS data carrier refers to UAV RS data platform with task planning, data storage, image processing, product generation and output products for various UAVs. An ongoing effort to create a nationwide UAV RS network in addition to an existing ground observational network is being carried out in China.     

基于GNSS/GIS/RS集成技术的铁路列车运营监控

文章阐述了全球导航卫星系统GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)、地理信息系统GIS(GeographicInfor-mationSystem)、遥感RS(RemoteSensing)技术的基本特征、相互关系及其集成基本方式。针对我国目前智能铁路运输系统发展趋势,运用GNSS/GIS/RS集成技术,进行铁路列车运营监控探讨性研究。该集成导航技术将卫星导航、地理信息系统以及遥感技术融合在一起,可实现铁路运输管理“自动化”、列车行驶“智能化”,减少运输服务时间,提高铁路运输整体效益,并且具有良好的实用价值。     

固定翼无人机的自抗扰反步控制

针对固定翼无人机姿态和速度控制中系统存在模型不确定性和外界扰动的情况,本文设计了基于扩张状态观测器的反步控制器抑制系统扰动以提高无人机的控制性能.首先建立无人机速度误差模型和姿态误差模型,其中姿态误差模型采用四元数作为变量以避免欧拉角在描述姿态时存在的奇点问题和复杂三角运算;进而设计扩张状态观测器对系统中存在的扰动进行估计,并将扰动估计值与控制器设计相结合,分别设计出姿态控制器和速度控制器来抑制扰动的影响且使无人机姿态和速度收敛到期望值.最后基于李雅普诺夫理论证明系统的稳定性.仿真结果表明,本文所设计方法能够抑制系统中存在的扰动.     

一套完整的基于视觉光流和激光扫描测距的室内无人机导航系统

提出了一套室内四旋翼无人机控制, 导航, 定位和地图构建的完整解决方案. 无人机机载系统包括三个主要传感器, 即惯性测量单元, 下视相机和激光扫描测距仪. 经过处理, 融合这些传感器的测量数据, 无人机能够可靠的估计自己的飞行速度和实时位置, 并且沿着室内的墙壁进行无碰撞飞行. 通过收集一个完整飞行实验的数据, 无人机的飞行路径和在室内的环境也可以被很好地估计出来. 这套系统中的自主导功能不需要任何远程传感信息或脱机计算能力. 这套室内导航方案的性能和可靠性已在实际的飞行实验中被验证.     

并行子空间优化在无人机总体设计中的应用

飞机设计是一个多学科的复杂的系统工程,各个学科通常相互影响、相互耦合.这使得飞机设计过程日趋复杂,设计周期越来越长,开发成本越来越高,而并行子空间优化(CSSO)是解决这些问题的一种有效方法.文中对基于神经网络响应面的并行子空间优化算法及其在无人机总体方案设计优化中的应用进行了研究.并行子空间优化算法将多学科耦合的无人机设计优化问题分解为不同的子空间问题,在不同的子空间中建立各自的神经网络响应面,通过响应面完成各子空间之间的数据交换与协调,以此来逼近设计空间最优解.应用结果表明,CSSO算法能有效地应用于无人机总体方案优化设计.     

基于最小二乘的无人机无线导航方法研究

无线电导航是无人机传统导航模式,该模式的导航误差随时问积累;针对无线电导航系统由于非线性造成导航精度较低问题,提出了基于最小二乘估计的无线电导航方法;在研究非线性问题基础上构建了无线电导航系统模型;以航程推算为基准,进行了相应仿真计算分析;仿真分析表明基于最小二乘法的无线电导航系统能有效抑制非线性扰动,导航精度有较大提高.     

固定翼无人机自动着陆的一体化制导控制

本文基于制导控制一体化方法的思想,将滑模变结构控制和自抗扰控制技术结合于动态面控制结构中,提出一种固定翼无人机自动着陆方法.在建立六自由度无人机模型、无人机和目标点间的相对视线角度模型的基础上,在动态面控制框架下加入滑模变结构控制来设计制导控制一体化方法.在此过程中加入自抗扰控制技术,提高了系统对未建模部分、参数的不确定性和外界干扰的鲁棒性,并抑制了滑模变结构控制的抖振.该方法使得无人机在平稳地飞向目标点的同时能够满足着陆视线角度的约束.文中详细论述设计思想和设计方法,最后通过仿真验证说明本文方法的有效性.     

多层无人机毫米波异构网络的吞吐量研究

针对5G/B5G网络的热点场景中存在数据流量激增及基站与用户设备（UE）之间空间耦合的问题,构造一种基于泊松簇过程的无人机（UAV）协助的多层毫米波异构蜂窝网络模型。为提高该多层网络模型的平均区域吞吐量（AAT）,提出基于最大偏置接收功率（BRP）准则的4层级联方案。借助毫米波传输模型和随机几何数学工具,通过UE级联概率及各层基站对UE干扰的拉普拉斯变换,推导出系统条件覆盖概率和AAT的数学解析表达式。研究UAV基站投影在地面上的分布方差、地面基站的密度对级联概率的影响,比较不同级联方案可获取的系统AAT。仿真结果表明,基于最大BRP准则的4层级联方案能够显著提升系统AAT,增强系统性能。     

仿欧椋鸟大规模超机动行为的无人机集群转弯控制

为了在动态不确定环境下实现大规模无人机集群转弯的快速性和一致性,提出了一种仿欧椋鸟大规模超机动行为的无人机集群转弯控制方法．通过分析欧椋鸟大规模超机动行为,分别建立邻居选择、局部交互和信息传递机制,并将其映射到无人机集群转弯控制中．在这些机制的基础上,利用改进社会力模型进行无人机转弯控制,使无人机集群在没有外界刺激的情况下实现快速聚集和速度极化;而在有外界刺激的情况下,无人机切换模式,整个集群快速完成超机动转弯动作以避开危险．仿真实验结果表明,在该模型作用下无人机集群既能满足转弯曲率的要求,又能保持群集运动的一致性．