小型无人机姿态航向参考硬件系统

研究了姿态航向系统的硬件组成,包括单片机STM32F103、陀螺仪加速度计MPU6050和磁航向计HMC5883。进行了硬件系系统测试实验。     

小型无人机飞行姿态串级控制系统

采用四元数互补滤波算法对IMU单元等多传感器采集到的数据进行解算融合,串级PID为小型无人机飞行姿态系统的控制算法。设计了实时监测子系统,实验结果表明,基于STM32的串级PID控制算法可以实现飞行姿态的有效控制。     

基于多传感器信息融合的人体姿态解算算法

针对传统人体姿态解算算法中存在的稳定性差和解算精度低等问题,提出一种基于多传感器信息融合的姿态解算算法。利用四元数计算人体的姿态变化,将惯性测量模块的姿态测量值与观测值之间的偏差通过PI调节进行控制;采用互补滤波对多传感器数据进行融合,求取人体实时姿态。实验表明,该算法能够实现稳定地输出高精度姿态数据。     

小型无人机地面监测显示系统

本文介绍我们自行研制的小型无人机地面监测系统的设计思想、工作原理及系统功能．并分别介绍了系统的总体设计、硬件结构及软件流程．     

考虑运动加速度干扰的无人机姿态估计算法

为解决动态环境下无人机导航系统姿态估计易受传感器噪声和运动加速度干扰的难题,提出一种考虑运动加速度干扰的无人机姿态估计算法。首先,建立运动加速度估计模型,根据基于卡尔曼滤波的加速度误差模型和由外部传感器提供的速度信息实现对运动加速度的精确估计,利用运动加速度估计模型获得的运动加速度对加速度计的原始值进行修正,降低动态环境下运动加速度对姿态估计的干扰。随后,搭建基于互补滤波的姿态估计模型,利用磁力计信息和修正后加速度信息构建陀螺仪修正量,对陀螺仪原始值进行修正,设计互补滤波器滤除来自加速度计和磁力计的高频噪声和来自陀螺仪的低频噪声,避免传感器噪声信号对姿态估计的干扰。最后,利用无人机试飞过程中采集的传感器信息对该算法进行实验验证。实验结果表明,该算法可以精确估计无人机机动过程中所产生的运动加速度,有效减弱传感器噪声和运动加速度对姿态估计的干扰,该算法显著提高了无人机导航系统在动态环境下姿态估计的精度和抗干扰能力。     

逐件接入法在航向姿态系统排故中的应用

航向姿态系统(以下简称航姿系统)产品较多、内部转换复杂,排故人员判断系统故障时容易出现无从下手的情况,本文旨在对航姿系统的原理及产品连接定义进行说明并提出逐件接入法的排故思路.     

基于加速度修正模型的无人机姿态解算算法

为提升动态环境下无人机导航系统姿态输出的精度,提出一种基于加速度修正模型的无人机姿态解算算法。建立加速度修正模型,求取估计非重力加速度和外部非重力加速度对加速度计输出值进行修正,减弱动态环境下非重力加速度对姿态解算的影响;搭建基于卡尔曼滤波的姿态解算模型,将修正加速度和磁力计解算的姿态角作为滤波模型的量测量,设计基于加速度修正模型姿态解算算法。实验结果表明,该算法可以减弱非重力加速度对姿态解算的干扰,避免无人机导航系统在动态环境中输出姿态角发散的问题,提升动态环境下无人机导航系统姿态输出的精度和抗干扰能力。     

小型无人机掠海飞行高度滤波系统优化设计

针对掠海飞行小型无人机高度控制精度要求,设计了以无线电高度表和垂直加速度计为测高设备的三阶组合测高滤波系统。基于对某小型无人机实际飞行数据以及海浪谱的分析,建立了垂直加速度计和无线电高度表误差模型,推导出该组合测高系统输出高度信号的均方误差关于反馈增益的函数,并采用遗传算法优化得到该函数的极小值和系统的最优反馈增益。仿真结果表明,该三阶组合测高滤波系统可有效滤除海浪噪声,且采用遗传算法优化得到的反馈增益,其滤波效果优于传统上采用等根法得到的反馈增益。     

无人机组合导航系统信息融合方法研究

针对小型无人机通常采用的无线电导航,综合考虑无人机具体情况以及其它导航方式的特点,提出了一种将无线电导航系统(RP)、全球导航星系统(GN SS)、多普勒导航系统(DN S)、地形辅助导航系统(TAN)和景象匹配导航系统(SMN)组合起来,取长补短,构成基于联邦卡尔曼滤波器的DR/RP/GN SS/DN S/TAN/SMN组合导航系统。仿真结果表明,该方法完全可以满足导航精度的要求。     

多Agent水质监控系统中的信息融合算法

在凡纳滨对虾集约化淡水养殖中,温度、pH值、非离子氨质量浓度是3项重要的水质因子,三者之间存在着非线性耦合关系。基于这一耦合关系,提出水质信息融合Agent结构和二级信息融合算法。在融合算法的第一级,采用正向推理机制,基于规则库推断水质因子是否超标。在融合算法的第二级,根据水质因子的耦合关系模型,采用数据库搜索和固定步长搜索策略寻找合适的温度和pH值,通过在线调节温度和pH值的方法,同时将温度、pH值、非离子氨质量浓度调整至合理范围,以满足养殖要求。试验结果表明,信息融合算法能够有效地调节养殖水质,减少换水次数。     

基于曝光融合的无人机航拍图像增强算法

针对无人机航拍图像光照不均匀及自然雾导致影像质量退化问题,提出了一种无人机航拍图像增强算法。利用改进的低照度图像增强算法均衡亮度对比度;为了解决均衡后图像过增强问题,提出了联合去雾及曝光融合的色彩矫正增强方法;为了保留增强图像的边缘纹理信息,设计了一种效果更佳的细节增强算法,处理后统计直方图更为平滑,可在一定程度上抑制部分噪声,细节纹理信息更强。实验结果表明,所提的航拍图像增强算法,能够有效解决因光照不均或自然雾引起的影像退化现象,提高了无人机航拍图像的质量,主客观图像质量评价指标优于现有绝大多数主流算法,性能更佳。     

小型长航程无人机天基测控系统研究

小型长航程无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）具有极高的应用价值，但测控问题是制约其发展和应用的瓶颈之一。小型长航程无人机天基测控系统使用GPS接收机测量，采用“北斗”卫星传输测量和控制信息，解决了长航程无人机的远距离测控问题，并能实现多架无人机的集中监控，可以提高无人机系统执行任务的效率。     

一种基于卡尔曼滤波的姿态信息融合方法

针对卫星平台上存在的由高频微角颤振引起的载荷光轴指向精度降低,提出了一种基于卡尔曼滤波的姿态信息融合方法,提高姿态确定指向精度。建立基于星敏感器与陀螺的低频带姿态确定系统和MHD-ARS(magneto-hydro-dynamics,MHD,angular-rate-sensor,ARS)高频姿态信息测量系统的数学模型,采用卡尔曼滤波进行宽带宽的姿态信息融合。仿真结果分析表明当存在高频微角颤振时,采用卡尔曼滤波的姿态信息融合方法的估计精度要优于传统的低频带姿态确定系统,且在频域上能够实现扩展姿态测量带宽的目的,验证了姿态信息融合方法的有效性和精确性。     

小型无人直升机航向的双线性控制

提出一种基于偏差分离的双线性控制策略,并将其应用到小型无人直升机的航向控制中.双线性控制策略把系统模型分解为两部分：线性模型和不确定项.用偏差分离结构获取不确定项的信息.控制器也由两部分组成,一部分根据线性模型设计常规线性控制器;另一部分则基于不确定项的信息设计线性补偿控制器.仿真结果表明了所提出的双线性控制策略的有效性.     

多螺旋桨太阳能无人机航向控制分配方法

针对太阳能无人机飞行过程能源优化问题,通过研究类‘太阳神’大尺度太阳能无人机的特点,提出能源模块化管理方法,并讨论无人机高度势能储能方法,同时建立太阳能辐射强度模型;考虑到无人机配置有多个螺旋桨,引进控制分配算法,在能源模块化的基础上,针对一天中不同时段,可利用能源存在差异的情况,分别采用变权伪逆法和变约束再分配伪逆法以对无人机航向进行控制。仿真结果表明,这2种分配方法均能使太阳能无人机在100 s内,达到控制目标,取得良好的控制效果。     

小型无人机通信干扰器设计

当今小型无人机存在监管难度大、安全系数低、缺乏规范等问题.为解决无人机监管困难、执法困难的问题,本文提出了基于无线通信干扰的无人机干扰方案.针对现有干扰方案手段单一,对各种型号无人机适用性差的问题,该方案首先使用压制式无线通信干扰方式干扰无人机控制信号,使无人机丧失通信能力;其次利用GPS转发欺骗信号对无人机定位进行干扰;最终无人机在多重错误控制信号的作用下迫降或坠毁.该方案的关键步骤是对无人机通信的干扰和伪GPS信号的生成,本文基于Simulink的实验仿真结果论证了该方案具有较高的可行性.     

低成本无人机载空地导弹姿态测量误差研究

框架式陀螺仪可显著降低空地导弹成本,然而陀螺误差问题制约了空地导弹对目标的捕获概率和制导精度。提出一种基于泰勒级数公式的陀螺误差补偿方法,详细分析了陀螺仪输出误差源,建立了无人机载空地导弹陀螺仪输出误差模型,推导了导弹姿态角与陀螺仪输出的数学关系式。通过陀螺仪在三轴转台上的半实物仿真试验,验证了所建立的陀螺误差模型正确性和有效性。提出的误差补偿方法可将无人机载空地导弹偏航姿态角误差和倾斜姿态角误差在20 s内分别控制在0.4°和1°以内,且补偿方法简单实用,已经在工程上得到了应用。