无人机航空遥感系统关键技术研究

简要分析了在我国发展无人机航空遥感系统的必要性和可行性,针对我国某型民用无人机,设计了无人机航空遥感信息平台的总体技术框架.在此基础上,对构建无人机航空遥感信息平台所涉及的关键技术进行了分析.指出高精度的组合导航、不同遥感传感器设备的集成、遥感数据机上处理与压缩以及遥感数据近实时传输等是实现无人机航空遥感信息平台的关键技术.     

基于强化学习的无人机吊挂负载系统轨迹规划

针对四旋翼无人机吊挂负载系统准确位置控制问题和吊挂负载的摆动抑制问题,提出了一种基于强化学习的在线轨迹规划方案.为补偿飞行过程中未知外界扰动的影响,本文首先将无人机的期望轨迹设计分为位置定位轨迹规划设计和抗扰动轨迹规划设计.其中,位置定位轨迹规划部分可预先设计,以引导无人机飞抵目标位置.抗扰动轨迹规划部分采用基于强化学...     

基于无人机遥感影像的水体提取方法

针对无人机（UAV）影像水体提取出现的噪声干扰、光谱混淆、分割尺度难把握、无法使用水体指数等问题,提出边缘检测算法结合面向对象方法的新水体提取方法（AUCSN）. 采用各向扩散滤波算法对影像去噪;采用Canny边缘检测算子对去噪后影像进行边缘提取,提取结果与去噪后影像进行波段重组,利用改进的邻域绝对均值差分方差比法对重组影像选取最优分割尺度,开展多尺度分割. 结合水体对象的光谱、形态、纹理特征建立模型,对分割后影像实现水体粗提取. 将粗提取结果利用形态学闭运算填充孔洞,实现水体提取. 实验结果表明,采用AUCSN方法进行水体提取,不仅提高了提取效率,而且提取精度能够达到96%.     

Trophallaxis network control approach to formation flight of multiple unmanned aerial vehicles

A novel network control method based on trophallaxis mechanism is applied to the formation flight problem for multiple unmanned aerial vehicles(UAVs).Firstly,the multiple UAVs formation flight system based on trophallaxis network control is given.Then,the model of leader-follower formation flight with a virtual leader based on trophallaxis network control is presented,and the influence of time delays on the network performance is analyzed.A particle swarm optimization(PSO)-based formation controller is proposed for solving the leader-follower formation flight system.The proposed method is applied to five UAVs for achieving a ’V’ formation,and a series of experimental results show its feasibility and validity.The proposed control algorithm is also a promising control strategy for formation flight of multiple unmanned underwater vehicles(UUVs),unmanned ground vehicles(UGVs),missiles and satellites.     

改进决策树的无人机空战态势估计

针对无人机空战态势估计中存在的多参数、非线性、实时性问题,提出了一种改进决策树思想的态势估计推理方法.首先,通过结合无人机与敌机的状态参量作为决策树模型的输入,确保态势估计的依据中包含交战双方的信息,为无人机态势估计的结果的合理性提供理论依据;然后,建立4类态势结果作为决策树模型的输出,以满足态势响应快速性的要求,根据影响空空导弹攻击区的状态参量,对比相同状态参量下,无人机与敌机的评价指标值的大小,构建对应的空战态势分类指标.建立了空战态势分类规则,作为决策树的推理规则,在决策树的节点对态势不断细化.最后,针对决策树中未开发分支引入反推理规则,在未知情形下提高学习能力.通过对不同的典型空战场景:一对一、一对二和二对二,进行仿真验证,并将结果与贝叶斯推理法进行全面比较,通过分析,所提方法用时5.39 s,准确度为80%,贝叶斯推理法用时11.63 s,准确度为60%.准确的实验结果表明所提方法比贝叶斯推理方法的评估速度更快,准确度更高.     

一种有限时段Markov决策过程的强化学习算法

研究有限时段非平稳的Markov决策过程的强化学习算法。通过引入一个人工吸收状态，把有限时段问题变为无限时段问题，从而可利用通常的强化学习方法来求解。在文献[3]提出的算法思想基础上，提出了一种新的有限时段非平稳的Markov决策过程的强化学习算法，并用无完全模型的库存控制问题进行了实验。     

无人机航空遥感图像的多分辨率拼接方法

为了克服无人机在空中执行遥感监测任务时受摄像头硬件性能的限制,以获得高分辨率的大面积区域图像,给出一种基于小波包变换的多分辨率图像拼接方法。先将小波包变换多分辨率的性质应用于Canny算法边缘检测,消除噪声干扰,提取更加完整的边缘,再通过基于像素灰度值的双匹配方法进行图像匹配和融合。仿真实验结果表明,所给方法拼接图像效果良好,速度较快,可以达到30幅的连续拼接标准,满足实际应用的要求。     

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。     

价值网络中企业协同竞争机制的演化博弈分析

在以信息和网络技术高度发达为特征的新经济时代,企业如何通过价值网络与相关利益群体进行协同竞争来获取竞争优势已成为学术界密切关注的焦点问题.运用演化博弈理论的方法,分析了价值网络模式下企业的协同竞争机制,构建了企业主体间协同竞争的演化博弈模型,并指出价值网络模式下企业协同竞争行为的博弈过程及特点.由此揭示出系统的初始状态、发展阶段及利益分配机制对演化博弈过程的影响机理,从而有助于提高企业在价值网络中的行为决策能力,对增强企业的市场竞争能力具有一定的指导价值.     

固定翼无人机自适应滑模控制

针对固定翼无人机的姿态和速度控制中存在不确定和外部扰动的问题,设计自适应超螺旋滑模干扰观测器和控制器,实现了固定翼无人机对速度指令和姿态指令的有限时间精确跟踪.首先建立固定翼无人机速度模型和基于四元数的姿态误差模型;进而在该模型的基础上针对无人机飞行过程中的外部扰动和不确定问题,采用自适应超螺旋滑模算法设计干扰观测器对干扰和不确定进行快速估计,并在此基础上设计多变量超螺旋控制器使固定翼无人机快速、精确地跟踪期望的速度和姿态指令;最后基于Lyapunov理论证明了该系统的稳定性.仿真结果表明:所提出的综合控制策略可以实现固定翼无人机速度与姿态的快速精确跟踪并具有良好的鲁棒自适应能力,而且针对无人机不同的飞行指令,使用该控制策略都能使无人机快速稳定的达到预期目标.     

Vision algorithms for fixed-wing unmanned aerial vehicle landing system

Autonomous landing has become a core technology of unmanned aerial vehicle (UAV) guidance, navigation and control system in recent years. As a novel autonomous landing approach, computer vision has been studied and applied in rotary-wing UAV landing successfully. This paper aims to fixed-wing UAV and focus on two problems: how to find runway only depending on airborne front-looking camera and how to align UAV with the designated landing runway. The paper can be divided into two parts to solve above two problems respectively. In the first part, the paper firstly presents an algorithm of region of interest (ROI) detection, which is based on spectral residual saliency map, and then an algorithm of feature vector extraction based on sparse coding and spatial pyramid matching (SPM) is proposed, finally, ROI including designated landing runway is recognized by a linear support vector machine. In the second part, the paper presents an approach of relative position and pose estimation between UAV and landing runway. Estimation algorithm firstly selects five feature points on the runway surface, and then establishes a new earth-fixed reference frame, finally uses orthogonal iteration to estimate landing parameters including three parameters of distance, height and offset, and three pose parameters of roll, yaw, pitch. The experimental results verify the effectiveness of the algorithms proposed in this paper.     

长航时无人机关键技术研究进展

为研究长航时无人机发展趋势及面临的技术难题,对长航时无人机的发展现状及关键技术进行了分析与总结.长航时无人机留空时间长,作业覆盖区域广,在高空巡航作业时受天气和大气上下对流的影响小,具备广阔的应用前景.首先以常规动力和新能源动力分类,总结了当前国内外长航时无人机的主要型号,回顾了长航时无人机的发展历程.然后,根据长航时无人机高升力、高升阻比和缓失速气动需求,复合材料大展弦比机翼大柔性特征以及长航时无人机任务环境复杂等特点,总结了长航时无人机发展过程中亟需解决的关键技术难题,包括高效气动综合设计技术、大展弦比机翼气动弹性分析和主动控制技术、复合材料气动弹性剪裁技术、柔性飞行动力学建模和控制技术以及无人机自主导航技术等.最后,结合国外长航时无人机的发展特点,提出了我国长航时无人机的发展建议.研究表明:常规动力中空长航时无人机得到了比较广泛的应用,但新能源动力长航时无人机多数还处于研究样机研制阶段.续航时间在一周以上的“超长航时”无人机技术成为各航空强国关注的焦点.长航时无人机系统的智能化、协同化和网络安全是未来发展的主要方向.     

软件实现的无人机故障注入系统

结合无人机的特点提出了一种基于软件的无人机故障注入系统实现方案,利用故障注入技术实时地模拟无人机机载设备的故障,演示机载设备在寿命试验中的快速失效过程;并构造了一个实用的故障注入工具UAVFI-01,考察无人机故障检测、隔离及系统重构的能力,测试其可靠性.在无人机动态测试过程中,故障注入试验结果表明了这种方案的正确性和可行性.     

基于Ricean因子的无人机自适应MIMO通信方案

为了进一步提升无人机的通信容量,针对无人机信道的特点,提出了一种基于Ricean因子的无人机自适应MIMO通信方案.该方案利用了波束赋形(beamforming,BF)和空分复用(spatial multiplexing,SM)两种MIMO技术,通过Ricean因子实现BF与SM的自适应切换,并推导出了切换门限值的闭式表达式.相较于传统的无人机通信,该方案获得了更大的通信容量,且在高信噪比时容量提升显著.而与最优MIMO方案相比,所提出的自适应MIMO方案降低了计算复杂度.仿真表明,所提出的自适应通信方案可以进一步提高无人机通信容量.     

四旋翼无人飞行器ADRC-GPC控制

针对四旋翼无人飞行器的姿态控制系统,需要研究先进控制策略来达到满意的性能.将自抗扰控制(ADRC)与广义预测控制(GPC)相结合,设计一种新型自抗扰广义预测控制器(ADRC-GPC),利用ADRC中的扩张状态观测器(ESO)来估计和补偿非线性系统的模型不确定性以及外部扰动作用,将原始对象模型转化为积分器形式,然后针对积分器设计广义预测控制器.阶跃响应系数矩阵能被解析地求解出来,可有效地解决广义预测控制计算量大的问题.研究结果表明:所提出的ADRC-GPC控制方法能够对四旋翼无人飞行器姿态系统进行实时控制,可满足控制精度及快速性要求,并能有效地克服系统的外部干扰和多变量耦合作用.自抗扰广义预测控制器能够有效地控制欠驱动非线性多变量系统.     

WLAN中基于协作博弈的比例公平性带宽分配机制

在IEEE 802.11无线局网(WLAN)中,从协作博弈论的角度提出一种按用户流权重成比例(比例公平性)的带宽分配方案．通过建立用户流基于吞吐量的效用函数,将比例公平性的带宽分配过程建模为以整体效用最大化为前提,以个体效用最大化为目的的用户流之间的协作博弈．依据此博弈的纳什议价解(即用户流获取比例公平性带宽份额的最优信道竞争参数CW_min),提出了带宽分配方案PF-DCF．仿真结果表明,与802.11e EDCA相比,PF-DCF不仅有效的解决了低权重用户流无法获取系统带宽的问题,而且将WLAN在饱和状态下的吞吐量提高15％．     

多准则合作型对策研究

本文讨论多准则合作型对策的若干问题．文中定义了Ｐａｒｅｔｏ最优安全策略与安全水平,给出了合作型对策协商可行集的约束条件,提出了改善的Ｎａｓｈ定理,研究了一类特殊问题最优威胁集的确定方法,并用实例对上述内容进行了应用验证．     

Aquatic unmanned aerial vehicles(AquaUAV): Bionic prototypes,key technologies,analysis methods,and potential solutions

Some research on aircraft is largely inspired by birds. Among them, aerial-aquatic amphibians with trans-media locomotion capabilities have greatly promoted the development of aquatic unmanned aerial vehicles(Aqua UAV). In this article, the studies of Aqua UAV are sorted out by their biological counterpart and summarized in chronological order from 2005 to 2021. To further understand the key technologies of Aqua UAV, we focus on the structural compatibility design of wing and aerial-aquatic prop...     

基于等价空间的无人机飞行控制系统故障检测

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)飞行控制系统的故障检测,对于保障无人机的飞行安全具有重要意义。等价空间方法具有残差与未知初始状态解耦的优势,但随着等价空间阶次的提高,其在线计算量显著增大。针对上述问题,提出一种基于等价空间的无人机非线性飞行控制系统快速故障检测方法。建立无人机飞行控制系统的非线性故障模型,在针对线性离散时变系统的等价空间故障检测方法研究的基础上,利用Krein空间投影来实现残差评价函数的递推计算以减小故障检测计算量。以无人机空速管及升降舵故障检测为例,对算法进行了仿真试验验证。试验结果表明,提出的方法可以实现无人机飞行控制系统的快速故障检测。     

An area-based position and attitude estimation for unmanned aerial vehicle navigation

The paper aims to challenge non-GPS navigation problems by using visual sensors and geo-referenced images. An area-based method is proposed to estimate full navigation parameters(FNPs), including attitude, altitude and horizontal position, for unmanned aerial vehicle(UAV) navigation. Our method is composed of three main modules: geometric transfer function, local normalized sobel energy image(LNSEI) based objective function and simplex-simulated annealing(SSA) based optimization algorithm. The adoption of relatively rich scene information and LNSEI, makes it possible to yield a solution robustly even in the presence of very noisy cases, such as multi-modal and/or multi-temporal images that differ in the type of visual sensor, season, illumination, weather, and so on, and also to handle the sparsely textured regions where features are barely detected or matched. Simulation experiments using many synthetic images clearly support noise resistance and estimation accuracy, and experimental results using 2367 real images show the maximum estimation error of 5.16(meter) for horizontal position, 9.72(meter) for altitude and 0.82(degree) for attitude.