无人机编队飞行快速试验系统设计

为缩小针对无人机编队控制问题的理论研究与实际应用之间的脱节,设计了一套无人机编队飞行快速试验系统,包括基于X-Plane的硬件在回路(HIL)仿真系统和飞行试验系统.HIL仿真系统和飞行试验系统中使用相同的自驾仪和地面控制站,通过HIL仿真可以提前发现并修正在仿真中暴露的问题,从而减少飞行试验所需的时间和成本,缩短方法从理论到应用的时间.试验系统中解决了无人机之间及无人机与地面站之间的通信问题,使得无人机之间可以直接通信,不用通过地面站转发,且单个地面站可以监视和管理多架无人机.采用网络化的软、硬件设计,使得试验系统能够用于验证各种通信拓扑的编队控制算法.为验证上述系统的有效性,设计长机-僚机编队控制方法对试验系统进行验证.结果表明,通过HIL仿真验证的自驾仪可以直接移植到飞行试验系统中,只需微调一些控制参数即可快速实现无人机编队飞行.     

地面站视景仿真系统的设计与优化

为了能更直观形象地展现无人机的飞行状态及攻击目标的效果,提高地面站操纵人员的操作效率,开发了无人机地面站三维视景仿真系统.论述了无人机地面站三维视景系统的设计方法,给出了系统总体结构图,研究了基于Vega Prime视景仿真软件的三维视景系统开发流程,以及如何采用大地形动态分页调度、独立通信线程等先进技术,重点解决了大场景下视景仿真刷新率低的难点.软件设计中引入多线程编程思想,详述了每个线程的具体实现,极大优化了程序性能.     

某型无人机地面站导航台的设计与实现

为了给地面站操纵人员提供无人机当前所处的位置及飞行参数信息,对无人机进行导航,使无人机能够安全稳定地飞行,文章参考人机界面开发原则设计实现了无人机地面站导航台;导航台以LabWindows/CVI为软件基础开发平台并采用MapX组件技术,实现了无人机航迹规划、飞行位置实时跟踪及飞行航迹显示等功能;经半实物仿真实验测试,结果表明导航台的设计达到了系统功能要求,能够高效、正确地完成各项导航任务。     

超视距遥控无人机飞行控制台设计与实现

为了给无人机地面站系统操纵人员提供实时、准确、直观和形象的飞行信息,文章依据超视距遥控无人机的特点和人机交互界面设计原则,设计并实现了超视距遥控无人机飞行控制台;飞行控制台以嵌入了GL Studio控件的LabWindows/CVI为主要开发平台,采用UDP协议进行实时通信;项目测试表明飞行控制台的设计达到了系统指标要求,满足了地面站对飞行控制台的功能性需求。     

融合Google Earth的无人机遥控遥测地面站设计

针对无人机飞行监测和控制的要求,设计了一款飞行监测和控制的无人机遥控遥测地面站系统软件. 无人机遥控遥测地面站系统软件包括系统调试、航迹规划、飞行监测、视频捕捉和数据回放等功能模块,融合Google Earth COM API二次开发技术基础上运用Visual C++6.0作为系统开发环境,采用模块化理念并嵌入串口通信技术、虚拟航空仪表技术、视频捕捉技术等进行软件开发.     

无人机飞行仿真系统多智能体建模分析与应用研究

无人机飞行仿真系统包含多个功能模块,采用多智能体(multi-Agent)技术研究无人机飞行仿真系统,分析并建立基于多智能体的飞行仿真系统的层次结构和运行机制,进而利用智能体对无人机仿真模型的各子模块模型运行过程进行建模,最后在JADE环境下建立了多智能体无人机飞行仿真系统的实例模型.这种方法可以通过仿真模型各子系统智能体之间的交互来完成无人机飞行仿真系统中飞行仿真的主要功能,从而满足无人机模拟训练系统的设计需求,在无人机模拟训练系统研究中具有广阔的应用前景.     

基于HLA/RTI 的多无人机编队飞行仿真系统框架

为实现多无人机编队的飞行仿真,提出了多无人机编队的飞行仿真系统设计方案。在对系统需求分析的基础上,设计了仿真系统的总体组成。以高层体系结构(High Level Architecture,HLA)作为框架,利用三维可视化建模工具Creator、视景仿真软件Vega Prime和HLA仿真支撑平台RTI,开发了基于HLA/RTI进行分布式仿真的多无人机编队飞行系统框架。RTI为通信支撑层,建立了多机实时通信的飞行仿真系统,由管理者发号施令,并将飞行结果实时存储,仿真人员可进行分析,改进飞行效果。     

应用机器人轨迹跟踪技术的电力线路无人机智能化巡检系统设计

野外电力线路易发生损坏,且时变特性干扰较大,检测准确度较低,因此,设计应用机器人轨迹跟踪技术的电力线路无人机智能化巡检系统。该系统通过数据采集模块和飞行状态检测模块,分别进行电力线路图像数据获取与飞行状态监测,飞行控制模块接收图像与状态数据,并在轨迹跟踪控制子模块中使用自适应鲁棒滑模控制算法,实现无人机的轨迹跟踪,同时,该模块经无线数据传输模块将数据传输至地面站,在巡检数据智能分析管理模块中,地面站根据数据信息,完成电力线路故障识别,进而实现电力线路无人机智能化巡检。实验结果表明,该系统具有良好的轨迹跟踪效果,且巡检准确率较高,满足多种天气作业需求。     

无人机飞行控制仿真环境三维视景子系统设计

针对无人机飞行控制仿真环境以数据方式输出仿真结果不利于挖掘隐藏于数据中的本质特性的缺陷,借助虚拟现实技术的相关理论,设计实现基于无人机飞行控制仿真环境的三维视景子系统,实时动态再现无人机飞行运动全过程,为研究无人机飞行运动规律提供直观的事实根据。阐述了无人机飞行控制仿真环境三维视景子系统设计实现的目标,构造了系统结构并提出了三维视景系统的实现框架,对视景系统实现的主要技术进行了着重介绍,在视景系统的具体实现中对视景数据库设计、视景系统开发、视点切换、LynX Prim e和ACF配置文件、数据通信接口的具体实现进行了详细的论述。最后给出了系统的实施效果。     

无人机数据采集EKF滤波悬停稳定的研究与应用

许多国内外的研究机构致力于四旋翼无人机飞行控制姿态和高度悬停稳定的研究,以实现四旋翼无人机的自主飞行。四旋翼无人机是一种多输入、强耦合、多变量、欠驱动的系统,其稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性对飞机性能起着决定性的作用。针对四轴无人机悬停运动测试环节中不稳定的影响,基于已有的无人机平台,最新科研前沿的文献,以ARM嵌入式系统作为上位机,设计了一个无人机数据采集的扩展卡尔曼滤波器(EKF),结合二次型最优控制预估气压计最优初始矩阵值进行开源编程。从扩展卡尔曼滤波器的建立与优化,原程序气压计程序严谨的探讨、衔接和写入飞控,最终在软件匿名科创地面站上,通过无人机对气压计大量实时悬停数据采集,实验仿真进行滤波图形对比验证和无人机实际运行的稳定性分析表明,提出的无人机数据采集扩展卡尔曼滤波方法效果良好,具有良好的应用和推广价值。     

多旋翼无人机地面控制站软件系统设计与开发

针对多旋翼无人机自主飞行实时监控需求,开发了一套完整的多旋翼无人机地面控制站软件系统;根据多旋翼无人机地面控制站软件总体设计分析,基于功能模块化思想,分别设计并实现了飞行监控、飞行任务管理、二维与三维结合的导航电子地图以及数据库技术等功能,为无人机的实时监控提供了有力保障;地面控制站软件系统的三个用户主界面简约美观,能够实时切换,便于地面操作员对无人机的飞行监管;最后,通过某型多旋翼无人机的飞行作业,对地面控制站软件系统进行了全方位测试;实验测试有效地证实了该地面控制站软件系统具有完善的监控功能,操作简便,完全满足无人机地面控制站需求,已经作为标配软件提供给用户使用。     

无人机综合仿真与测试平台技术研究

固定翼无人机在军事,国防,民用上都具有非常广泛的应用。无人机系统包括三大部分：无人机机体,无人机地面控制站以及无人机地面综合检测站。详细介绍了当前已交付使用的一种适应于多种型号的无人机地面综合实验平台,包括无人机地面飞行仿真和地面检测和故障诊断三个部分。从整体设计方案出发,从技术角度分析各个子系统的功能和设计方案。提出了可以应用于无人机地面实验平台的基于专家系统的遥控-遥测知识对的知识库的建立和通过搜索知识库的故障诊断方法。并以一个平台子系统为例介绍了以任务管理和数据流控制为核心的软硬件设计方案。     

A binocular vision-based UAVs autonomous aerial refueling platform

Unmanned aerial vehicles (UAVs) are highly focused and widely used in various domains, and the capability of autonomous aerial refueling (AAR) becomes increasingly important. Most of the research in this area concerns the verification of the algorithms while the experiments are conducted on the ground. In this work, in order to verify the vision system designed for boom approach AAR, an integrated platform is built and tested. The platform consists of a tanker UAV, a receiver UAV and a ground station. The pictures of the marker on the receiver UAV are captured by the binocular vision system on the tanker UAV and then used for flight control and boom control. Performance and feasibility of the platform are demonstrated by the real out-door flight tests, and the experimental results verified the feasibility and effectiveness of our developed binocular vision-based UAVs AAR.     

高精度、全局优化的无人机Bingo 航迹导航系统

Bingo 航迹导航系统是保证飞机返航安全的重要组件,大型无人机对于Bingo 航迹导航系统在高续航能力、高精度计算等方面提出了更高的需求。根据大型无人机特点,设计了一种高精度、全局优化的Bingo 航迹导航系统。嵌入地面控制站内,解决了Bingo 航迹导航系统受机上计算机计算能力制约的问题;采用完整的无人机气动力和发动机模型,使计算具有更高精度;采用庞特里亚金方法进行整个剖面寻优以获得全局优化结果。在系统测试中,通过比较实际试飞与Bingo 航迹导航系统计算结果,验证该系统的有效性,测试结果表明,采用该系统进行Bingo 航迹导航计算,对飞机返航所需油量计算精度高,并对无人机操作员及时提示,且系统的稳定性较好。     

无人机地面导航站系统的设计与实现

地面导航站是无人机地面控制站系统中负责存储和回放飞机航行记录，接收航拍图片，完成航迹规划等任务的重要组成部分;针对软件开发过程中存在的传输图像文件、读写数据库以及电子地图的二次开发等主要技术难点提出时间查询歧义避免算法等解决方法，经过联合调试，该系统已经实现了各预定功能，不仅有很强的通信实时性，而且表现出良好的可靠性。     

Design and Attitude Control of a Quad-Rotor Tail-Sitter Vertical Takeoff and Landing Unmanned Aerial Vehicle

In this paper, we present the development of a quad-rotor tail-sitter unmanned aerial vehicle (UAV) that is composed of quad rotors and a fixed wing. The developed UAV can hover like a quad-rotor helicopter and can fly long distance like a fixed-wing airplane. The main wing of the developed UAV is taken from a commercially available radio-controlled airplane and other parts such as the body frame are newly developed. A microcomputer, various sensors and a battery are mounted on the UAV for autonomous flight without any support from a ground system. Attitude and altitude control systems are developed for the UAV. In order to verify the designed controller, a three-dimensional flight simulator of a quad-rotor tail-sitter UAV is developed by use of MATLAB/Simulink. This paper also describes attitude control experiments. The results show that the propeller slipstream has a negative influence on attitude control. Solutions for the negative influence of the propeller slipstream are also discussed in this paper.