基于长机—僚机模式的无人机编队方法及飞行实验研究

针对目前无人机编队方法无法在实际飞行实验中应用的问题,设计了基于长机—僚机跟踪模式的双机 协同编队算法,以双机的空间距离为控制对象,将所有的控制指令转化为速度、航向和高度指令．为实现实际编队 飞行,基于实验室自行研发的小型无人机,建立双串口地面控制系统硬件平台,重点解决了双串口的实现及双机数 据同步问题．地面跑车实验和实际飞行实验表明：该地面控制系统可以很好地实现双机的数据通信,控制指令实时 上传准确,协同算法正确有效．     

BP神经网络PID控制器在无人机编队飞行中的应用

无人机编队飞行可以大幅提高作战效率,因而受到了越来越多的关注.从近距离编队出发,采用长机-僚机编队结构,设计一种基于BP神经网络参数整定的PID控制器,并以双机菱形编队为基础,对其进行仿真验证.仿真结果表明,该控制器能够实现双机近距离队形保持及重构,与常规PID控制器相比,省去PID参数整定时间,并且具有更快的响应速度、更小的超调量及更好的鲁棒性.     

退火递归神经网络极值搜索算法及其在无人机紧密编队飞行控制中的应用

针对无人机紧密编队飞行问题,以气动干扰引起的僚机俯仰角υω作为极值搜索变量,利用退火递归神经网络极值搜索算法,使僚机干扰俯仰角υω收敛至其极值,从而解决了无人机紧密编队飞行中僚机所需动力最小化的问题.将退火递归神经网络与极值搜索算法相结合,消除了传统极值搜索算法中控制量的来回切换问题和输出"颤动"现象,改善了系统的动态性能,同时简化了系统的稳定性分析.通过对无人机紧密匕行编队的仿真,验证了该算法的有效性.     

无人机编队飞行神经网络自适应逆控制器设计

针对无人机编队飞行时存在的气动耦合和外部干扰等影响因素,提出基于“长-僚机”模式的神经网络自适应逆控制器设计方法.详细推导了气动耦合影响,建立了完整的编队飞行非线性数学模型,设计了非线性动态逆控制律,提出了改进的 BP 神经网络算法,自适应地逼近和在线补偿动态逆误差,改善了控制效果,并针对队形变换提出了简单有效的设计思想.仿真表明,该控制器能有效实现编队队形的保持或变换,控制系统结构具有良好的扩充性.     

无人机编队队形保持变换控制器设计

研究无人机编队队形保持变换的控制设计问题.由于控制系统队形跟踪应保证姿态的稳定性,针对两架无人机在“长机-僚机”编队结构中的左菱形编队飞行控制系统,为了有效控制飞行队形,保持变换,提出了根据编队飞行的几何关系推导编队相对运动学方程,结合无人机的自动驾驶仪模型建立了相应的编队飞行线性化数学模型.采用PID控制方法分别对速度、航向和高度设计了一种能通过控制编队间距实现队形变换的三维编队队形保持变换的控制器,并进行仿真.仿真结果表明所设计的控制器能够有效地控制无人机编队,在飞行过程中可以稳定地保持队形,并能根据任务要求合理进行编队,并无碰撞,为设计提供了依据.     

基于神经网络的多机协同编队控制器设计

针对多架无人机协同编队飞行控制问题,设计了一种基于BP神经网络的无人机编队飞行控制器.以两机编队为单元,僚机同时跟踪长机和相邻僚机,根据相对位置和参考坐标系统,采用BP神经网络训练得到最佳的PID控制参数,设计三通道PID控制器并对编队系统进行分布式协同控制,使系统快速跟踪指令并保持编队队形.对四架无人机组成的编队系统进行仿真,系统编队可快速保持期望队形,表明设计的编队控制系统具有良好的稳定性和较强的抗干扰能力.     

基于三维程控的无人机协同编队飞行研究

基于三维程控飞行策略,对多无人机(UAV)协同编队飞行控制进行研究,提出一种多机同方位任务需求的编队控制方法.采用“长机-僚机”编队结构模式控制编队飞行,以编队中的长机航迹坐标为基准坐标系实现了僚机与长机相对位置一致的控制;实现了编队中所有无人机同时到达指定位置并保持速度相对稳定的控制.通过航路规划和编队遥调,实现了人工干预与自动控制结合的编队飞行策略.仿真结果表明,该方法具有较好的可实施性、管理性、应用性和安全性.     

伪卫星协同编队控制与仿真

为保持4颗编队伪卫星的最佳几何布局,设计了一种综合自适应神经网络编队控制器,利用李亚普诺夫稳定性理论证明了“长机-僚机”方式的两机编队系统的稳定性。以两机编队为单元,根据相对位置和参考坐标系统,采用综合自适应神经网络结构对伪卫星系统进行分布式协同编队控制,使系统快速跟踪指令并保持最佳编队队形。对以无人机为平台的4颗伪卫星编队进行仿真,结果表明僚机能够快速跟随长机飞行并保持最佳编队队形,证明该编队控制器具有良好的稳定性和鲁棒性。     

小型无人机编队飞行的控制律设计与仿真

针对一种小型无人机模型及其编队飞行的实际背景和限制条件,采用长一僚机（leader—wingman）编队模式,按前向、侧向和垂直方向3个通道分别设计了僚机编队控制律,从而使三维编队问题得以简化．对于多机编队的情况,应用基于长机模式（leadermode）和前机模式（frontmode）的2种编队控制策略,并通过仿真实验和比较分析,证实了长机模式的优越性．通过2架小型无人机编队队形保持和多架无人机在大机动飞行情况下的队形保持与队形变换等一系列仿真实验,验证了提出的编队飞行控制律的可行性和有效性．     

主从式编队卫星相对导航方法研究

编队卫星间精确的相对位置和速度信息的获取直接影响主从式编队卫星任务的完成.针对传统的集中式滤波算法在实时性和可靠性上的不足,提出利用联邦滤波算法对差分GPS和微波雷达信息进行融合,获得了满足编队任务要求的星间相对导航信息.其中差分GPS导航信息根据主从卫星的GPS测量信息获得;微波雷达通过测量卫星间的相对距离和角度来估算相对位置和速度.仿真结果表明,联邦滤波算法结合了差分GPS和微波雷达的优点,克服单一导航设备可能出现大误差的缺点,有效提高了测量精度,对主从式编队卫星完成飞行任务具有重要意义.     

基于浮点DSP的航姿系统自适应滤波算法与仿真研究

介绍了在捷联式航姿系统中采用的简化Sage-Husa算法的自适应滤波原理，建立了基于该自适应滤波算法的导航系统状态方程和观测方程，给出了基于TMS320C32浮点数字信号处理器(DSP)的半物理仿真硬件原理图和软件运行流程，并进行了仿真计算。仿真分析结果表明，基于浮点DSP的航姿系统在采用自适应卡尔曼滤波算法时不仅能有效抑制滤波发散，还使系统具有优越的实时性能和较高的精度。     

基于领航-跟随的有人/无人机编队队形保持控制

针对有人/无人机编队飞行过程中的队形保持问题,采用领航-跟随策略设计一种有人/无人机编队队形保持控制器.首先从编队作战体系和控制原理角度设计有人/无人机编队控制系统结构;然后基于领航有人机与跟随无人机平面位姿的几何关系,建立编队内相对距离-角度运动学模型;最后在考虑僚机控制系统时变扰动的情况下,针对编队运动学模型特点设计动态反馈自适应编队队形保持控制器,并利用李雅普诺夫理论证明编队控制器的稳定性.仿真结果表明,所设计的控制器能够克服僚机控制模型不确定性带来的扰动影响,可以实现编队由初始误差到期望队形的快速调整以及稳定队形的保持.     

未知环境下多AUV协同避障方法研究

针对多AUV（autonomous underwater vehicle）系统在未知环境中进行路径规划时难以兼顾避障与编队的问题,提出了一种基于领航—跟随者与行为的多AUV协同避障方法。首先,通过构造碰撞危险度及偏离目标评价函数,设计了AUV局部路径规划方法;在此基础上,结合编队控制方法,分别为领航者和跟随者设计不同的行为以及行为选择模式。半物理仿真实验结果表明,该算法能够实现多AUV系统在未知环境中的协同避障,且队形偏离度与恢复队形时间优于传统多机器人避障算法。实验结果证明了该算法的可行性与有效性。     

编队飞行卫星自主相对定轨研究

卫星编队飞行相对轨道自主确定作为实现队形保持和控制的前提,是编队任务必须解决的关键技术问题.根据C-W方程的解析解描述编队卫星间的相对运动规律,选取星间距离信息与方位信息作为观测量,针对卫星编队飞行自主导航系统对精确性和实时性的要求,用超球面分布采样点变换(Spherical Simplex Unscented Transformation,SSUT)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)相结合,提出了SSUT的UKF(SSUKF)导航滤波算法.由于SSUT减少了采样点个数,在保证滤波精度和标准UKF相当的条件下减轻了计算负担,完成了卫星编队相对轨道状态的自主确定,并结合仿真的轨道数据和测量数据进行了仿真,仿真结果说明实现了卫星编队优化的有效性和实时性.     

基于二进制搜索算法的RFID系统防碰撞算法

针对RFID系统中最常见的防碰撞问题,提出了一种基于二进制搜索的防碰撞算法.算法能动态调整指令发送长度和发送值,并在发生碰撞时,首先通过碰撞位中"1"的个数来识别标签.该算法能有效解决RFID系统中多目标识别的防碰撞问题.     

飞行仿真器目标机投影系统设计

一、概述在实施双机编队、空战及攻击的飞行课目训练中,需有一目标机做为“长机”或“靶机”。在飞行仿真器中,如何将目标机逼真地映现在飞行员的视场内且随着长、僚机飞行员的操纵,目标机的姿态和位置做相应的变化。以达到模拟空战飞行训练的目的。需设计一目标机投影系统。目前国外通常采用计算机成象(CGI)     

无人机编队飞行导航方法及其仿真研究

研究无人机导航优化编队问题,编队各成员的高精度定位是无人机协同编队飞行的关键技术和难点.为了提高编队定位的精度,提出了一种长机组合导航和长/僚机相对测量的编队成员导航定位方法,在编队导航系统模型的基础上,采用卡尔曼滤波原理估计出各成员的惯导误差,经校正后得到精确的导航信息,并进行仿真.仿真结果表明,改进的方法对所设计的长机与僚机的导航定位是完全可行的,编队各成员均获得较高的测地导航精度.     

回转体内腔测量的虚拟防碰撞算法

由于工件的遮挡,无法直接观察回转体测量机内表面测量系统的运行情况。为防止非接触测头与工件在测量过程中发生碰撞,利用OpenGL建立了回转体测量机的虚拟三维运动仿真模型进行实时监测。同时,提出了虚拟环境下一种基于点面最短有效距离的防碰撞算法,通过软件监控关键点与待测物体表面的距离作为真实系统的防碰撞检测依据,并且将其应用于虚拟回转体测量系统中,作为防止测头与回转体工件碰撞的重要手段。实验证明测试点与工件内表面最小距离控制在误差允许的范围内,而且系统运行时能够在测头与工件碰撞产生前及时发出警报,停止当前的测量机运行,可以有效避免测头与工件之间的碰撞。该算法具有判断简单、响应快速的特点,对于非接触测量中测头的安全防护具有实际的工作意义。     

基于多任务的无人机编队控制研究

考虑到多架无人机编队飞行的特点,将松散编队及协同思想应用到紧密编队控制中,提出了一个三架无人机协同作战编队的飞行控制系统设计方法;在编队飞行动力学模型的基础上,设计了基于特征结构配置的无人机横侧向控制律,进行指定航路的飞行控制;然后,设计编队控制器,两架僚机可紧紧跟随长机并保持队形稳定;仿真结果表明,设计的控制器可以控制多架无人机进行紧密编队飞行,具有一定的实用性和推广价值。     

多无人机协同目标分配与航迹规划

多无人机的协同目标分配是一个多模型、多约束的组合优化问题,其解空间随无人机的数量成指数上升;当以无人机协同目标分配的角度解决无人机编队切换的问题时,标准的匈牙利算法存在单个无人机飞行路径过长的问题,导致个别无人机的电量下降迅速,因此相较于其他无人机会提前降落,而且会导致其他无人机在编队切换过程中等待时间过长,进而影响整体编队飞行时长;考虑到无人机的工作环境处于三维空间及其编队切换时间的协同性,文章提出了改进的匈牙利算法,以保证在无人机飞行总移动距离尽可能小的前提下,减小单个无人机的最大移动距离,从而延长整个编队的飞行时长;经仿真对比多种算法,验证了该算法相较于匈牙利算法等其他算法具有更好的效果,能够很好地解决多无人机的编队切换问题。