VPX总线标准研究及其在无人机中的应用展望

军用无人机以其低成本高效能、体积小隐身性能强、零伤亡等优势,被广泛应用于作战的各个阶段;但随着军事职能的拓展,传统无人机已无法满足在超恶劣战场环境下,完成多任务、分布式数据处理和大容量数据传输的要求,迫切需要一种新的、基于高性能传输总线的、支持多任务处理的无人机设备;VPX标准作为VME标准的升级版本,在国外无人机领域已有所应用;作为新一代军用加固总线产品,它满足串行、千兆高速数据率,支持PowerPC架构且扩展灵活,以其搭建无人机系统,完全可以满足现在乃至未来的需求;通过对无人机未来发展趋势及相关技术驱动因素分析,详细介绍了VPX及其后续OPENVPX标准,将其与之前版本总线进行比较,认为其在无人机系统各领域具有广泛的应用前景,最后给出一种基于VPX总线的无人机系统模型。     

攻击型无人机切换控制系统容错算法研究

攻击型无人机单侧发射或投放重型武器时,可将飞行控制系统看作是一个切换控制系统。针对常见的常值型和时变型两种执行器故障,提出了一种自适应观测器设计方法,同时结合状态反馈控制设计了容错控制器。通过Lyapunov函数推出了观测器的误差是关于故障界输入状态实际稳定的充分条件,通过平均驻留时间方法证明了切换控制系统是全局输入状态实际稳定的。某型攻击型无人机仿真实例表明,此方法能在准确估计故障大小的基础上,有效保持切换飞行控制系统的性能,应用前景十分广阔。     

攻击型无人机鲁棒导引律研究

文章研究了攻击型无人机鲁棒导引系统,采用对干扰和摄动具有自适应能力的滑动模态变结构控制方法设计了攻击型无人机滑模导引规律.针对用于消除颤振的伪滑动模态不能实现精确跟踪的缺陷,对滑模导引规律中颤振消除进行了优化设计,引入系统运动状态轨迹接近角变量,使消除颤振的伪滑动模态边界层宽度随着系统状态到达滑动模态而逐渐减小为零,从而达到了既能消除颤振又能实现精确跟踪的设计目标.通过仿真验证了该导引规律具有攻击弹道平缓、抗目标机动扰动能力强、鲁棒性好、制导精度高的优点.     

无人机上行链路数据传输方案

为保证无人飞机在动态环境下数据传输的稳定性和可靠性,提出了一种循环正交M元扩频上行链路数据传输方案。按此方案传输数据,发送信号不存在潜在的周期性,系统的抗干扰和抗截获性能得到了很好的保障。在动态环境中,由于载体具有较大的加速度,载波多普勒频移剧烈变化,普通接收机载波跟踪环极易失锁,故提出一种基于经验值查表的载波跟踪算法,在锁频环内引入经验值查找表,环路能自适应调整环路滤波器带宽,从而实现任意时刻的高精度载波跟踪。     

基于虚拟现实技术的无人机转角控制仿真

无人机飞行状态具有较强的非线性特征,机体绕X轴的转动惯量较小,副翼的舵效相对较高,受到扰动后滚转角速率变化很快,使得无人机的横侧向控制成为转角控制的难点问题.传统采用转角跟踪器的无人机转角控制方法中,反馈线性化过程较为繁琐,对于模型精度要求较高,无法适应不断变化的无人机飞行状态.提出一种应用虚拟现实技术的无人机转角控制方法,用三维实景仿真塑造虚拟的无人机飞行区域实景,在无人机运动过程中,辅助操纵手在目视距离内,由增稳控制或人工遥控方式对飞机转角进行操作,并通过三维建模来对无人机机体模型和舵面模型进行构建,并导人到相应的环境中,再通过相应程序对无人机的运动和舵面的转角进行有效的控制,从而实现无人机转角的准确控制.仿真结果表明,相比传统控制方法,所提方法控制下的无人机转角的响应速度更快,具有高的控制效率,在各种扰动的情况下,均可以实现无差的控制跟踪.     

隐身反设计下飞翼布局气动与隐身综合设计

为同时获得良好的气动和隐身性能,基于双发动机布局下飞翼无人机大鼓包式机身,采用隐身反设计思路,开展了飞翼布局气动与隐身综合设计与分析研究,提出了一种减小翼型前缘半径的机身前缘类"鹰嘴"形飞翼布局优化构型.分别采用CFD(计算流体力学)方法对M6机翼进行气动数值模拟方法验证,以及基于FEKO软件中MLFMM(多层快速多极子方法)和PO(物理光学法)对圆柱体和某飞翼布局缩比模型进行隐身数值计算方法验证,并利用该方法获得了飞翼布局无人机气动与隐身综合特性.结果表明:建立的气动与隐身数值模拟方法计算结果与实验吻合较好,数值计算方法是可靠的;基于隐身反设计思路构建的机身前缘类"鹰嘴"形飞翼布局设计不仅纵向气动特性略微提升,且前向(-25°~25°)隐身性能明显提高,充分表明了隐身反设计思路的有效性;前缘类"鹰嘴"形设计主要影响机身表面压力分布,并有助于提升升阻特性;前缘类"鹰嘴"形设计比传统钝形前缘设计在不同频率和不同滚转角下隐身特性均有所提高.     

LEA-6T在小型无人机质子磁力仪中的应用

研究的目的是将LEA-6T应用在UAVPM系统中,探讨不同速度对偏航距和定位精度(均方差)的影响。简要介绍了UAVPM系统结构,在此基础上详尽围绕I2 C硬件接口,数据提取,坐标转换等方面阐述LEA-6T与UAVPM系统集成。结合小型无人直升机做飞行实验,实验数据证明集成了LEA-6T的UAVPM做航磁磁测时,飞行速度保持在30km/h以内,满足预期偏航距不大于150m,定位精度(均方差)不大于10m的要求。     

输入饱和与姿态受限的四旋翼无人机反步姿态控制

本文针对四旋翼无人机研究了鲁棒反步姿态控制策略.由于四旋翼无人机结构复杂,其非线性数学模型难以精确建立,因此在控制器设计过程中需要综合考虑模型不确定性、未知外部干扰、输入饱和以及姿态受限等因素.针对模型中的不确定项,使用神经网络进行逼近;对于外部未知干扰,使用非线性干扰观测器进行补偿;使用双曲正切函数逼近饱和函数,解决输入饱和问题;同时使用界限Lyapunov函数设计控制器,确保姿态满足限制条件.最后,设计四旋翼无人机反步姿态控制器,并根据Lyapunov稳定性定理证明了闭环控制系统的有界稳定.仿真结果表明了所研究控制方法的有效性.     

无人机空中加油过程中分数阶滑模会合导引控制

针对带末端角度和末端速度约束的无人机空中加油自主会合问题,设计了一种3维分数阶滑模导引律,使无人机在无加油机主动配合的情况下具备自主会合能力.首先,根据无人机与加油机之间的相对运动关系,设计了3维比例导引规律,使无人机能够到达期望的加油位置.其次,利用滑模控制的强鲁棒性特点以及分数阶微积分的精细控制特性,基于变结构理论和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种带有末端角度约束的3维分数阶滑模变结构控制律,并用所设计的分数阶滑模控制律对3维比例导引指令进行重构,使无人机能以期望的末端追踪角度到达加油位置.然后,构造了速度指令生成器,对无人机的末端速度进行约束.最后,对所设计的导引律进行了仿真验证,仿真结果表明所设计出来的导引律能满足追踪角度和速度约束的要求.     

基于Kinect的四旋翼无人机体感控制

针对无人机（ UAV）远程控制中操作复杂、专业性高的问题,基于Kinect传感器提出了一种无人机体感控制方案,并进行了验证。利用Kinect传感器提取操作者身体的骨骼节点数据,设计并识别操作者体势动作,进而生成对应的四旋翼飞行控制指令,通过无线数传模块传输控制指令,对无人机进行远程控制。实验结果表明：设计的识别算法可以准确地识别体势动作,对无人机进行实时的控制,控制方式直观简单、效果良好。