前言

<正>无人机自主控制是当今无人系统领域的研究热点,且近几年已经发展成为无人机技术领域的一个关键研究领域.由于执行任务环境的高度动态化、不确定性以及飞行任务的复杂性,自主飞行控制能力的提高是目前无人机系统技术发展的重要目标.近年来,在国家科技部、国家自然科学基金委员会、总装备部、总参谋部、空军装备部、海军装备部、二炮等支持下,我国学者从无人机自主控制的基础理论、关键技术、工程应用特别是国防应用、产业化推广等多个层面展开全面系统研究,并取得     

基于FPGA的深空图像实时边缘检测算法与实现

航天器的导航控制是深空探索的重要关键技术之一。随着探索距离越来越远,传统地面站控制的局限性越发明显,因此航天器自主导航成为深空探索的发展方向。边缘检测是光学自主导航系统中定位天体目标的关键算法之一,为了满足星载计算机计算的实时性要求,文中提出了一种优化的Canny边缘检测算法和FPGA电路架构来优化Canny边缘检测算法中的非极大值抑制并采用动态单阈值,使其能够以较少的资源占用在FPGA上以流水线架构实现。该方法在保证边缘提取精度地前提下满足光学自主导航实时性的要求,对复杂的星体目标也具有较好的鲁棒性。     

仿鹰群智能的无人机集群协同对抗飞行验证

自主能力强且低成本的无人机集群协同对抗,是无人机集群对抗中打击敌方攻击防御体系和拦截敌方入侵机群的一个重要手段.哈里斯鹰是一种集群狩猎的猛禽,集群狩猎对于哈里斯鹰获取维持生命活动所需的能量具有重要意义.从无人机集群协同对抗任务与哈里斯鹰协同狩猎行为相似性出发,本文提出一种仿鹰群智能的无人机集群协同对抗方法.首先通过分析鹰群的集群狩猎行为,建立鹰群智能行为机制,并将其映射到无人机集群协同对抗行为中;在该模型的基础上,利用李雅普诺夫导航向量场控制无人机的运动状态,使得我方无人机能够以恒定的速度收敛到预定的轨迹上,完成对敌方无人机的对抗打击;最后,搭建无人机集群验证平台,对所设计的仿鹰群无人机集群协同对抗模型进行外场飞行验证,试验结果验证了本文所设计的模型在无人机对抗环境中的可行性与有效性.     

基于鸽群行为机制的多无人机自主编队

受启发于无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)编队飞行与生物群体社会性行为的相似性,本文提出了一种基于鸽群行为机制的多无人机自主编队控制方法.首先通过模仿鸽群特有的层级行为,建立了鸽群行为机制模型.该模型在已有群集模型基础上,采用有向图和人工势场理论对鸽群中的拓扑结构和领导机制进行建模.在深入分析无人机自主编队飞行仿生机理的基础上,设计了一种基于鸽群行为机制的无人机自主编队控制器.该控制器以鸽群行为机制模型为核心,还包含两个辅助环节,即控制指令解算器和状态转换器.最后,通过系列仿真实验验证了无人机群可在本文所设计的无人机自主编队控制器作用下形成预期的编队队形,并可在复杂长机运动条件下保持队形.     

通用飞机飞控系统地面验证试验平台研究

通用飞机研制目前是国内民用航空领域的新兴热点,相比于军用与大型民用飞机,我国在通用飞机研发领域发展相对滞后,缺少适用于通用飞机飞行控制系统的验证试验平台。在研究试验平台必要性、设计原则以及试验要求的基础上,提出了一种通用的试验平台设计方案。建立了人机接口、铁鸟台架、飞机运动仿真、数据采集与处理等子系统,实现了人在环的飞行模拟与试验。利用该平台对某型电动通用飞机飞行控制系统特性进行测试,试验结果表明该平台运行稳定可靠,可有效解决通用飞机飞行控制系统地面验证试验问题,从而提高通用飞机研发效率。     

基于力矩补偿与分配的多操纵面飞机飞行控制设计

针对多操纵面飞机舵面冗余和强非线性气动特征, 提出了一种基于力矩补偿与分配的非线性飞行控制系统设计方法, 采用指令－力矩－舵面的间接形式, 外环采用模型跟踪方法生成满足飞行品质要求的力矩指令, 内环采用力矩补偿结合控制分配的设计方法, 控制各舵面实现期望控制力矩. 以革新性操作效率器(ICE)飞机为对象进行了仿真验证, 结果表明力矩补偿与分配系统可实现准确的力矩跟踪, 系统对参数的变化有较强适应能力, 所设计的飞行控制系统能够依据参考模型对控制指令进行跟踪, 各控制通道间耦合被有效抑制.     

Automatic Carrier Landing System with Gust-rejection Capability

A new direct-lift control carrier landing mode is advanced, and it is proved to be very effective to keep the attitude angle and path angle constant when the aircraft is in the blind area of tracking radar and the guidance system is shut off. The direct-lift control mode is achieved with the symmetric deflection of the flaps and dynamic decoupling for minor disturbance of the angle of attack. This mode changes an aircraft‘ s model from a short-period oscillation model to a non-oscillation one, which could evidently increase the gust-rejection capability of the aircraft.     

鸽群交互模式切换模型及其同步性分析

以原鸽为研究对象，归纳出其群体归巢机制中的双模式决策原则、模式切换原则与优势个体原则。模拟双模式决策原则设定双模式邻居集合与对齐权重，模拟模式切换原则设定基于群体轨迹曲率的切换规则，模拟优势个体原则设定高层级个体集合，进而建立鸽群交互模式切换模型。基于LaSalle不变集理论给出鸽群系统以无碰撞、同步编队抵近目标的条件。采用蒙特卡罗仿真分析不同参数对模型特性的影响，即不同个体数目、高层级个体数目以及最大速率均可保证模型的同步性。     

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．