新型的无人机自主着陆地标设计与研究

在基于计算机视觉的无人机自主着陆过程中,地标的设计与检测以及无人机位姿估计是其中的关键问题。该文提出了一种基于极坐标变换的无人机位姿估计算法,并设计了新型的着陆地标。首先,充分利用极坐标所需参数少、计算简单的优点,将极坐标变换运用到位姿估计算法中,由此设计了半圆环形状的着陆地标;其次,利用显著性检测算法对地标进行检测,并利用Hough算法提取所检测到的地标中的直线;最后,实验结果表明该算法准确快速,且适用于复杂背景的情况,该地标在无人机自主着陆中是可行的。     

可控翼伞归航控制软件设计

为了解决航天器定点无损回收着陆及人员物资可控定点空投问题,研制了一种大型可控翼伞归航控制软件.本软件运行于大中型可控翼伞归航控制系统机载归航控制器上,采用分段归航控制算法和模块化软件设计结构,具有自动归航和人工遥控2种飞行模式,可对GPS提供的定位定向数据进行实时解码和运算,并自动输出控制信号操纵翼伞左右伞绳的收紧和放松,从而控制翼伞在指定区域着陆.该软件已经通过了分系统软硬件联合试验的验证.结果表明:该软件可以满足可控翼伞定点归航控制的需要,可广泛应用于精确定点空投及航天器、武器装备和运载火箭助推器定点回收着陆等领域.     

基于视觉-磁引导的无人机动态跟踪与精准着陆

针对无人机通过视觉对地面动态目标跟踪过程中视角固定易丢失目标,以及在着陆过程中由于成像畸变严重、画面不稳定导致定位精度差的问题,提出随动视觉跟踪的跟踪控制策略和基于视觉联合磁引导的获取无人机高精度相对位姿的方法. 在跟踪过程中,设计新型信标图案供无人机进行视觉识别获取目标的方位,识别速度可以达到5 ms/帧,通过随动视觉跟踪完成实时跟踪. 在着陆过程中,在动态目标上设置磁源,利用无人机检测磁场特性并通过BP神经网络解算相对位置;在信标图案内设置平行线特征,用于近镜头时辅助视觉解算相对角度. 在获取无人机相对位姿后,进行相应的运动控制即可完成着陆. 实验结果表明,跟踪过程稳定可靠,抗干扰能力强;着陆精度高,着陆误差小于2 cm.     

基于视觉的自主无人机目标跟踪着陆方法研究

无人机与地面无人车组成空地协同机器人系统,可以显著提高两者作业效率以及机器人系统的自主化程度。针对无人机自主回收过程中存在的定位困难和着陆成功率较低的问题,提出一种适用于空地异构系统自主无人机目标跟踪着陆方法。首先,运用机载视觉算法对降落标志进行目标识别与位置解算,对于无人机难以获得目标的运动状态导致跟踪着陆失败的问题,提出一种基于主动视觉的目标速度估计算法,实现目标无人车运动状态估计。其次,提出分阶段降落策略解决在动态目标上着陆时冗余度较低和目标易短暂丢失的问题,实现无人机对目标的自主跟踪着陆。利用视觉设备辅以无人机仿真实验平台进行实验,结果表明系统各部分都能有效运行,验证了所提出算法和策略的有效性。     

基于图像处理的无人机定点降落技术研究

为了降低无人机定点降落的位置偏离误差,对无人机定点降落技术进行研究,构建一个低成本、简单易用的满足实用性和可靠性的无人机着陆助降体系。首先,基于数字图像处理技术对着陆标识有序处理,以减少数据量、提高处理速度为目的应用最优算法;其次,以位姿转换模型为基础,实现无人机与着陆标识的相对位置计算和距离估计,使无人机到达预设的降落位置。实验结果表明：位置偏离平均误差为3.05 cm,机身中心点与着陆点间的距离和计算的距离平均差值仅为0.4 cm,该助降体系达到了较高的精度指标,降低了位置偏离误差,克服了无法准确定位的局限性。     

用于无人机自动回收的多传感器光电引导系统设计

无人机自动回收依赖高精度的着陆引导系统,本文介绍了一种用于无人机自动回收的多传感器光电引导系统,从原理、系统组成、工作流程等方面介绍了系统设计,并通过试验表明系统设计的合理性。     

飞翼布局无人机反步L2增益纵向着陆鲁棒控制

针对存在干扰的飞翼布局无人机纵向着陆控制问题,提出一种基于super twisting滑模干扰观测器与跟踪微分器的反步L_2增益鲁棒控制方案.为解决反步控制虚拟控制量求导复杂的问题,设计了跟踪微分器对虚拟控制量进行求导,同时综合采用super twisting滑模干扰观测器和L_2增益鲁棒项增强了控制系统的鲁棒性.仿真结果表明,无人机高度、空速都跟踪上控制指令,垂直接地速度在允许的范围内,与传统的PID着陆控制方案相比具有更好的着陆控制性能.     

缓冲器卡滞特性工程估算方法研究

以某型无人机右侧主起落架为研究对象,分析了缓冲支柱受载全过程的卡滞发生原理,建立了卡滞特性工程估算方法流程,应用经典库伦+静摩擦模型建立了包含轴套摩擦力和密封装置摩擦力的模型,估算了该型无人机在着陆工况下和地面操纵工况下的临界摩擦系数,并进行卡滞特性校核,发现偏航着陆工况易发生卡滞现象,采用增大轴套初始间距的方法进行优化设计,消除了卡滞现象.     

基于视觉着陆的无人机俯仰角与高度估计

为提高无人机（UAV）自主着陆的能力,提出了一种新方法,仅依靠视觉传感器数据,基于空时处理估计UAV的俯仰角和高度参数.构建双目立体视觉导航系统采集视频数据.利用Hough变换和RANSAC方法从单目图像序列中计算灭点;再利用灭点几何模型计算无人机着陆的俯仰角.基于双目图像序列,提取Harris角点进行特征点匹配,获取无人机的深度信息.联合无人机的俯仰角与深度信息,基于三维重建方法获得无人机的高度参数.根据UAV的运动规律,采用自适应卡尔曼滤波进一步提高UAV高度估计的精度.模拟实验结果表明,所提出的方法可以有效地估计UAV着陆的俯仰角和相对跑道的高度参数,而且算法具有较快的收敛速度.     

小而轻型无人机

美国Cvber航宇公司研制的Cvber Scout无人机，其独特性是能垂直起飞和着陆、重量轻、成本低，是第一代轻型无人机。它是为那些需要对遥控或危险地区具有监视能力的单个战士或个人而设计的。     

拥有投弹功能的俄罗斯“水鸭”无人机试飞

<正>俄罗斯新型无人机"水鸭"即将试飞,有望成为俄罗斯首款可执行攻击任务的军用无人机。据报道,"水鸭"无人机由莫斯科无线电技术研究所研制。与此前俄罗斯推出的数种仅用于侦察勘测的无人机不同,"水鸭"无人机还拥有投弹功能。依据设计,其将携带航空炸弹、火箭弹或精确制导武器,攻击敌方的无人机等空中及地面目标。其配备的航拍相机、摄像头和雷达装置可提供必要信息,帮助其完成各项军事任务。此外,其还满足勘察灾情、监视交通路况和巡视自然保护区等民用需求。     

Monocular Vision Based Relative Localization For Fixed-wing Unmanned Aerial Vehicle Landing

基于单目视觉的固定翼无人机自主着陆定位研究

许彧文,曹云峰,张洲宇

（南京航空航天大学 航天学院, 南京 210000）

中文说明：

近年来,无人机自主着陆技术已成为无人机导航、制导与控制系统的核心技术。为解决自主着陆过程中固定翼无人机与跑道之间基于视觉的相对位置和姿态估计问题,本文利用机载相机拍摄的序列图像,通过边缘检测的方式获取跑道角点信息,进一步基于正交迭代算法确定六自由度的位姿参数：首先基于频域残差对图像进行显著性分析,通过连通域标记和候选框筛选估计跑道所在的感兴趣区域;然后在感兴趣区域中提取跑道的边缘直线,由于着陆末端跑道纵向边缘具有明显的长度和相位特征,在利用霍夫变换定位纵向边缘的基础上,结合跑道平面梯度信息估计横向边缘位置,解决了传统的霍夫变换计算耗时,且难以检测端点的问题;最后将角点图像坐标作为输入,通过线性算法获取旋转矩阵初值,在此基础上以目标空间误差为误差函数,通过正交迭代优化参数估计结果,图像点坐标误差较小时,该方法相比线性算法精度明显提升,且具有良好的实时性。

关键词：自主着陆,视觉导航,感兴趣区域,边缘检测,正交迭代

     

无人机自动着陆低空纵向导引与瞬态抑制研究

针对某型仪表着陆系统下滑信标在30 m以下高度不可用的情况,以及控制器切换时舵面会出现瞬态跳变的现象,分别提出采用无线电高度传感器和在控制器切换时加入软化环节的方法来解决这两个问题。并进一步说明使用信息融合滤波技术实现组合制导的可行性。仿真结果表明,系统工作稳定,舵面跳变减小了76.9%,能导引无人机安全自主着陆。     

“苍鹭”长航时无人机

以色列飞机工业公司(IAI)马拉特子公司研制的“苍鹭”中空、长航时(MALE)无人机(UAV)属于第四代无人机，可以容纳重250千克的有效载荷，最大续航时间为52小时。该无人机具有自动起飞和着陆能力，能够按预编程序自动执行飞行任务．主要用作无人侦察平台。     

基于场强阈值的变电站无人机巡检安全距离研究

变电站无人机巡检作业是智能电网发展的重要方向之一,相较于输电线路,变电站设备众多且集中布置,导致其周围空气间隙相对较小、电磁场分布复杂,这对无人机安全巡检提出了更高的要求。文中构建了悬浮导体放电测试平台,试验研究了无人机-导线间隙的起始放电电压,采用有限元法计算了间隙放电时无人机表面最大电场,并以此值作为电场阈值,通过分析220 kV变电站典型设备的电场分布,得出了无人机巡检变电站时的电场安全距离;以200μT作为无人机主控部分的磁场阈值,确定了无人机巡检时的磁场安全距离。研究结果表明,对于当前典型的无人机结构,当220 kV变电站负载电流小于315 A时,巡检安全距离主要受电场约束,可取为37 cm;当负载电流较大时,巡检安全距离可由磁场决定。     

基于采样策略的无人机着陆导航算法

给出了无人机着陆过程中利用帧间图像提取的特征点进行无人机状态估计的算法。采用PCA-SIFT算法进行特征点匹配,在保证能够稳定匹配的前提下,提出了帧间自适应采样策略的特征点选取算法,减少了计算的冗余性。然后通过建立本质空间中的状态方程,利用极线几何约束设计IEKF滤波器,对无人机进行相对位置、姿态估计。仿真结果表明,该算法实现了帧间特征点的快速匹配,较好的估计了无人机的相对位置、姿态信息,比单纯利用极线几何约束具有更高的精度和稳定性。     

基于卷积神经网络的无人机循迹方法

随着无人机技术的快速发展,无人机技术已经在各个方面得到了广泛的应用,人们也越来越多的重视智能无人机技术的研究,其中如何提高智能无人机的自主循迹能力已经成为众多学者的研究重点。为了使无人机能够自主循迹飞行,提出了一种基于改进卷积神经网络的无人机循迹方法,在LeNet-5模型的基础上对原模型的层数进行改进,减小其复杂程度,使其可以运行在机载设备上,另外还给出了用于模型训练的图像数据的采集方法。其通过无人机上的相机采集前方图像,然后训练好的卷积神经网络会对此图像进行识别,并产生控制指令。实验结果表明,该方法可以有效地使无人机在楼道里自主的循迹飞行。     

“阴影”200B民用无人机获FAA试验适航证

一架美国AAI公司的“阴影”200B（Shadow 200B）民用无人机（UAV）获得了美国联邦航空局（FAA）授予的试验用适航证，使得该机可在美国亚利桑那州东南部的一处通用航空机场中使用。这是FAA首次允许一架UAV在一个公用的通用航空机场中使用，也是该局首次颁发审查内容覆盖了自主着陆系统的适航证书。     

一种评估无人机制造外形气动偏差的方法

<正>专利权人:中国航天空气动力技术研究院专利号:201710103746.9简介:一种评估无人机制造外形气动偏差的方法,第一步,首先是结合风洞试验数据考虑无人机的理论外形,并根据对无人机理论进行CFD计算得到的气动数据与风洞试验数据的吻合度,确定最终适合无人机理论外形的CFD计算方法 ;其次是根据无人机的制造外形,获得其点云数据,进而进行逆向建模得到三维模型。第二步,将无人机理论外形与三维模     

履带起重机总体参数的确定方法

在确定履带起重机总体参数时,尚未有一套可借鉴的公式.本文提出了回归分析确定总体参数的方法,并采用VB.net的可视化界面功能与Matlab强大的计算处理绘图功能相结合,开发了通用的曲线回归分析软件.依照曲线回归分析过程,通过参数绘制样本点分布,选择较好的曲线作为最终的结果,找出变量之间的相关关系的表达式,并对其进行预测,为设计和实验分析提供依据.以履带起重机的额定吊重和基本臂长实例数据,说明了通用曲线回归软件的使用过程,并验证了该软件的有效性.该软件具有用户界面友好,集成了VB.net和Matlab软件的各自优点,降低编程难度,缩短软件开发周期.