自主空中加油飞行对接演示平台设计与实现

空中加油技术可以成倍增加战机的航程、留空时间、活动空间和有效载量,极大提高了战机的生存能力,增强航空兵的远程作战、快速反应和持续作战能力,而实现自主空中加油将大幅提高空中加油的快速性和稳定性.利用无人机搭建自主空中加油演示验证平台,将为相关算法的研究提供极大便利.文中设计了一套基于视觉的四旋翼自主空中加油演示系统,旨在模拟空中加油的真实环境,以验证视觉导航自主空中加油的可行性;搭建了一套硬件平台,实现各模块之间的通信;软件部分利用视觉解算出导航信息,并由PID算法求取飞行控制数据.实验结果表明,本平台各模块能够满足设计需求,实现了空中加油的飞行对接演示.     

锥套跟踪的自适应核窗口Meanshift算法

为提高软管式自主空中加油视觉导航的实时性,提出了一种基于Meanshift算法改进算法——自适应核窗口跟踪算法,用于锥套目标的跟踪,可大幅度提升算法的实时性。以加油锥套内部的黑色圆形区域为最终的跟踪目标,检测算法主要提供初始锥套的相对位置,检测准确可靠;然后将锥套的位置信息作为自适应核窗口跟踪算法的输入以更新跟踪目标,实现锥套图像目标的跟踪,处理速度快,精度满足要求。最终实验结果分别从有效性、快速性以及准确性对检测和跟踪方法进行了分析对比,在基本上不影响精度的情况下,跟踪处理时间比检测时间降低了30%左右,效果显著。提出的自适应核窗口跟踪算法快速有效,精度与全局检测精度相差无几,处理速度提升了30%,可靠性在95%以上。     

级联特征点检测的锥套小目标快速检测定位算法

为提升无人机自主空中加油中锥套小目标的检测精度和实时性,提出了级联网络与特征点检测网络的锥套小目标高精度快速定位算法。该算法设计了锥套目标全局粗定位和局部精定位的两级检测神经网络结构,采用特征点的输出位置误差及特征点群拟合的椭圆参数误差设计网络的损失函数,利用特征点拟合的锥套目标尺寸位置信息修正跟踪算法,提升了跟踪算法的和目标定位的实时性。实验测试结果表明,该定位算法定位成功率在95%以上,定位的精度（预测区域与真实区域的重叠率）在80%以上,定位输出速率达到100 Hz,对于环境的变化有着较强的适应性。因此该算法可以快速准确地进行锥套目标的跟踪,对于无人机空中加油技术的发展具有重要的研究意义。