无人机航迹规划与监控系统设计

无人机作为现代战争中广泛使用的设备,使无人机安全、准时完成任务。航迹规划就是针对各种任务需求,为无人机提供一条或多条可行航线,确保无人机处于自主飞行状态。本研究目的是研发通用性特征的无人机航迹规划与监控系统,在阐述设计该系统原则基础上,详细介绍无人机航迹规划与监控系统分层架构及用户控制层、数据管理层等,并提出开展各项测试。结果表明,所设计系统能顺利通过测试,达到实际应用的需求。     

基于EB-RRT*的无人机航迹规划算法研究

随着小型无人机的广泛应用,无人机的自动巡航能力变得至关重要。无人机航迹规划,是指其在已知环境地图信息下展开航迹规划以实现无碰撞地、平滑地从初始点到达目标点。针对现有算法依然存在收敛速度慢、遍历时间长和航迹曲线化无法满足实际无人机飞行条件等问题,首先提出了EB-RRT*(Efficient B-RRT*)算法,设计自适应避障提高算法收敛速度并减少内存占用;然后采用栅格分区的方法缩短附近节点的遍历时间;最后利用合理的降采样和三次贝塞尔插值算法对折点进行光滑化的处理,使算法最终生成相对平滑的航迹,为无人机实际飞行提供可行航迹规划方法。进行了多组不同环境复杂度的实验,并将该算法与其他算法进行对比,结果验证了所提算法的有效性。     

基于模型预测控制的无人机时空协同航迹规划

为了求解同时实现空间协同和时间协同的多无人机时空协同问题,提出了基于分布式模型预测控制的多无人机在线协同航迹规划的方法。建立了由MPC（Model Predictive Control,）控制器、空间协同模块和时间协同模块组成的多无人机分布式时空协同航迹规划框架结构。MPC将时空协同问题转化为滚动优化问题,优先级的方法实现了空间协同和时间协同的解耦,同时改进了碰撞冲突消解规则,并设计了时间冲突消解规则,解决了分布式时空协同问题的动作一致性问题。仿真实验表明,该方法可以有效地实现多无人时空协同航迹规划。     

基于群智能-一致性理论的无人机编队全过程飞行航迹规划方法

针对无人机编队执行任务全过程飞行规划问题,提出一种基于多步粒子群优化的无人机编队航迹规划算法.首先,对无人机和执行任务策略进行建模,将编队执行任务全过程划分为编队成形、执行任务、返航、解散和无人机降落5个阶段,设计不同阶段的飞行策略;其次,针对不同的终端约束条件,设计多类多层优化指标,提出多步粒子群算法,并引入模型预测控制滚动优化航路点,得到适用于不同阶段的能严格满足约束条件的航路规划方法;然后,建立旋转坐标系,将航路点信息转换为编队控制律中的理想航向和高度信息,得到能通过航路点的编队控制算法;最后,利用编队控制算法去执行航路规划方法给出的航路点,生成航迹,得到编队航迹规划算法.仿真结果表明,所提规划方法比传统方法更适用于编队飞行,能为编队规划执行任务全过程的平滑航迹,具有良好的通用性.     

发动机约束条件下的无人机三维航迹规划

将无人机发动机的性能转化为约束条件进行航迹规划,减小了航迹跟踪阶段的航迹跟踪误差.分析了发动机性能与航迹规划约束条件之间的关系,给出了发动机功率与最大爬升角、最大转弯角、航程与续航时间之间的转换公式,建立了最大转弯角与最小航迹长度之间的数学联系.仿真结果表明,根据发动机性能得到的不同约束条件能够规划出适合不同无人机的三维航迹.     

无人机三维航迹规划算法研究

在模拟仿真出无人机三维飞行环境的基础上,根据航迹规划的要求,建立对应数学模型,并采用蚁群算法进行优化仿真.针对基本蚁群算法存在的搜索时间长、容易陷入局部最优解等缺点,将蚂蚁当前位置与目标位置的距离信息反馈到系统中作为航迹规划的控制信息,同时对航迹节点的选择方法进行改进,以提高算法的效率.仿真实例结果表明,该算法可以规划出满足无人机飞行要求的航迹.     

无人机航迹预见控制及其仿真研究

为了最大限度地发挥无人机的性能,机动快速地配合其它兵种作战,需要无人机在其有效使用范围内发挥其应有的潜力,在这方面飞行控制系统的性能起着决定性的作用。本文在对目前无人机航迹控制技术存在问题进行分析的基础上,利用数字预见控制的理论和方法设计控制算法作为航迹优化措施,优化无人机的飞行控制性能,提高其机动性和快速反应能力。仿真结果表明了该算法的有效性。     

基于改进A*算法的无人机航迹规划

在无人机航迹规划问题的研究中,针对在执行飞行任务前,需要根据所经区域内已知的地形、地貌、障碍和威胁等信息以及飞机本身机动能力的限制计算出飞行航迹, 并根据规划出的航迹完成飞行任务.能准确识别起始点到目标航路,提出了一种基于改进A*算法的无人机航迹规划方法,将无人机自身的性能和飞行任务结合到A*算法中去,在节点的搜索过程中解决了A*算法大空间搜索耗时多的问题.通过简单的路径消减算法去除不必要的航迹点,使得规划出来的航迹能够最大程度上满足无人机的运动特性.仿真结果表明采用的方法计算速度快并且规划达到最优性能.     

无人机航迹跟踪控制与仿真

对于无人机的精确航迹跟踪问题进行了研究。系统分为基本姿态控制器设计和制导系统设计两个部分进行研究。利用多重时间尺度奇异摄动理论,结合非线性动态逆方法设计了基本姿态控制器,包括快逆回路和慢逆回路两部分。由引导飞机沿期望航迹的指令加速度解算出跟踪指令航迹所需要的制导力,求出飞机改变姿态所需的控制指令,作为基本姿态控制器的输入。针对某无人机模型进行了机动航迹跟踪仿真验证,仿真结果显示系统能够较好的跟踪指令机动航迹。证明了该方法的有效性和实用性。     

基于MB-RRT*的无人机多点航迹规划算法研究

随着小型无人机的广泛应用,无人机的自动巡航能力至关重要。多点航迹规划作为复杂的无人机航行任务之一,要求为无人机规划出一条最优航迹或次优航迹,如距离最短、速度最快或者时间最短,并保证其在不碰撞已知障碍物的条件下遍历所有特定的航点。针对无序的多点航迹规划问题,基于MB-RRT*算法并结合原本用于解决TSP问题的贪心策略提出了贪心MB-RRT*算法,其通过牺牲一定的航迹质量,来提高解决无人机多点航迹规划问题的速度,减少时间代价。最后在二维地图环境和三维环境下进行实验,验证了所提算法的可行性和有效性。     

一种改进的无人机多目标航迹规划研究

无人机多目标作战对航路具有很高要求。航路规划因受任务安全性、隐蔽性以及航距等要素的影响,往往存在主观性强、算法复杂、权重量纲不一等问题。为克服传统基于权值的评价函数所固有的量纲不一致,主观性强,优度进展不可控等缺陷,增强无人机对地面的打击效果,提升作战效能,采用Pareto最优解思想,采用快速非支配排序算法,以航迹长度、隐蔽性、安全性作为具体评价指标,研究了利用NSGA-Ⅱ算法来优化无人机多目标任务的航路规划问题,并进行了仿真验证。得到的最优Pareto解普遍达到了较优秀水平,并且不同的Pareto解都具有各自的优势,分别适应不同的任务需求,该方法在无人机航路规划上具有良好的灵活性和适应性。     

四旋翼无人机轨迹跟踪的容错控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪的容错控制问题,提出了一个鲁棒[H∞]控制和干扰观测器与故障估计器相结合的容错复合控制器的方法。在外部有界扰动和加性故障的条件下,实现对四旋翼无人机的轨迹跟踪。将四旋翼无人机非线性动态模型解耦成独立的外环位置控制系统和内环角度控制系统,引入区间矩阵对系统参数进行描述,使用干扰观测器和故障估计器进行干扰和故障的估计和补偿。然后设计一个复合控制器既能更好地抑制干扰又能保证无人机在自身存在故障的情况下平稳飞行。通过仿真证明该方法的有效性。     

无人机自主智能控制系统设计研究

本文设计了无人机自主智能控制系统,并以无人机自主智能控制系统的智能定位精确度与自主飞行性能验证为例,进行了系统实验分析.结果表明,任务管理体系可基于计算机,对无人机的自主起升下降进行有效控制,并实现了多任务点之间的直线飞行,水平方向定位误差可控制0.14m以内;既可保障飞行稳定性,又可保持飞行高度,垂直误差可控制在0....     

太阳能无人机控制律设计

在地面太阳辐射计算模型基础上引入大气透明率,建立了用于太阳能无人机的随高度变化的辐射模型,并对赤纬角的计算做了修正,使之更为简洁;结合太阳能无人机能源约束等特点,从能量转化角度设计控制器:由剩余能量控制高度变化率,由电机功率差值控制螺旋桨差动实现平面内转弯;避免了传统的控制方法带来的控制指令超出能量所能提供的范围或超出机体结构强度的负荷等不合理现象,得到了更为直观的控制效果。     

融合Google Earth的无人机遥控遥测地面站设计

针对无人机飞行监测和控制的要求,设计了一款飞行监测和控制的无人机遥控遥测地面站系统软件. 无人机遥控遥测地面站系统软件包括系统调试、航迹规划、飞行监测、视频捕捉和数据回放等功能模块,融合Google Earth COM API二次开发技术基础上运用Visual C++6.0作为系统开发环境,采用模块化理念并嵌入串口通信技术、虚拟航空仪表技术、视频捕捉技术等进行软件开发.     

某型无人机飞控系统设计与实现

某型无人机数字式飞控系统是以高性能PC104计算机为核心的,其控制方式有时间程序控制、遥控指令控制和按预先装订的航路实现三维自主飞行控制3种方式,以3维自主飞行方式为主;为了确保无人机在不受遥控的状态下安全坠毁,设计了无人机飞行安全控制系统;通过计算GPS数据来判断无人机是否超出安全区域,进而控制舵机离合器电源以实现安全控制功能;设计了用于验证该系统的仿真系统,通过仿真结果,验证系统的可行、正确.     

无人机通用指控平台设计与实现

现有不同型号无人机的数据协议格式差别较大,无人机指挥控制系统与无人机紧密耦合,针对不同机种要开发不同的指控系统,系统的通用性较差,开发、培训成本高,且无法满足未来多无人机协同作业的任务需求;因此,设计开发一套具有较高通用性的无人机指控系统,通过对异构的无人机测控数据进行通用化处理,形成具有较强可扩展性的无人机标准数据协议,用以消除不同无人机与指控系统之间的差异性,同时最大限度的保证指控平台的可扩展能力。     

无人机地面控制台人机布局优化设计

无人机地面控制台布局直接关系到无人机的发射和飞行安全。在对无人机 地面控制台进行人机工程分析的基础上,结合控制台布局的设计原则和“人”的因素,提出了 无人机控制台布局的改进方法。以某型号无人机控制台布局设计优化为实例,应用Jack 软 件对布局进行了视域、可达域的分析,验证了改进后方案的合理性。     

无人机飞行安全控制系统的设计与实现

为了确保无人机在不受遥控的状态下安全坠毁,设计了无人机飞行安全控制系统;系统通过计算GPS数据来判断无人机是否超出安全区域,进而控制舵机离合器电源以实现安全控制功能;使用了多片微处理器协同完成安控任务,设计了高效的硬件电路;采用了科学的判断算法和软件策略,保证系统执行的安全性;利用数传电台回传执行结果,实现了地面实时监控;实际应用表明,这种无人机飞行安全控制系统是有效和可靠的,能够满足无人机系统安全控制的需要.     

面向小型无人机导航的滑模控制算法研究

设计一种简单、高效、稳健的导航算法对无人机来说非常重要。分析了无人机的运动学和动力学特性,提出了一种基于滑模控制理论的非线性导航算法。针对滑模控制中出现的抖振问题,重新进行了控制律设计,并对制导参数进行了优化。实际测试结果表明,所提出的导航控制算法具有良好的性能指标,可跟踪任意航路点,可实现无人机自主飞行。