微小型多旋翼飞行器的非线性建模研究

针对目前微小型多旋翼飞行器的控制缺点,对微小型多旋翼飞行器进行系统的非线性建模研究。采用叶素理论对螺旋桨桨叶进行建模,对其前行中的周期挥舞问题进行分析,进而修正旋翼的负载特性;研究刚性机身、桨毂、叶片、电机转轴等的动力学特性,建立了更为完善的微小型多旋翼飞行器非线性动力学模型。选取四旋翼飞行器作为仿真对象,在Matlab/Simulink环境下,搭建开环仿真框图进行仿真验证。仿真结果验证了该模型的准确性。     

象鸟一样的未来飞行器——小型飞行器和微型飞行器挑战传统思维

美国在研制微小型飞行器方面,已取得重要成果。这种微小型飞行器可用于侦察、监视,是一种新的潜在空中威胁。微小型飞行器比目前最小的无人机还小十几倍,而且造价低廉。故而,用传统的地面防空武器去防御微小型飞行器,恰似“高射炮打蚊子”。现刊登此文,便于大家借鉴和早谋良策。     

具有角加速度计实物参与的半实物仿真试验方法

介绍了某飞行器角加速度计的半实物仿真，叙述了转台频带的选择以及转台初始角度和角速度的处理方法，总结了某飞行器角加速度计半实物仿真的经验。     

Draganfly四旋翼微型飞行器

早在1907年,法国人布勒盖特·瑞切(Br e guet Richet)所发明的世界第一架有人架势四旋翼飞行器Gyropl aneNo.Ⅰ就已能升上天空。但由于构造复杂、飞行员不易操纵等原因,四旋翼飞行器的发展并非一帆风顺。近年来,随着新材料、微机电、微小型飞行控制等技术的进步,微小型多旋翼无人飞行器逐渐成为迅速发展的重点。与常规旋翼飞行器如传统布局的直升机等相比,多旋翼飞行器结构更为紧凑,动力利用效率高,并且四只旋翼扭力矩可相互抵消,无需专门的反扭矩旋翼。多旋翼飞行器实现微小型化后,特别适合在近地面环境(室内、街巷和丛林)中执行监视、侦察等任务,具有广阔的军用和民用前景。目前,Air To Air公司已开发成功多款1kg级微小型多旋翼Draganfly系列飞行器,在可靠性、适应性和我用途方面已较为成熟。本文以该系列飞行器中的四旋翼飞行器为例,揭示该类微型无人飞行器的奥秘——     

无人机飞行控制地面仿真

针对某型无人机飞行设计要求,对无人机空中飞行进行模拟仿真,并综合测试仿真状态下的控制律运行情况。根据仿真试验的目的和要求,搭建适合无人机半实物仿真系统,介绍半实物仿真系统的组成;设计无人机的基本控制规律和逻辑,在此基础上建立某型无人机的简化数学模型,确定相关模型参数;对飞行控制系统进行仿真,构造某型无人机半实物仿真系统,并对无人机全飞行控制双机进行仿真试验、分析。试验结果表明:无人机飞行控制系统具有良好的控制效果,满足飞行控制要求。     

国外战术导弹半实物仿真试验验证能力发展分析

半实物仿真是战术导弹等先进武器装备在研制试样、性能评估、作战演练中必不可少的主要仿真方法和手段。从多物理场/控制耦合、导航、多模/宽谱段制导、导引头抗干扰、靶场试验等五个方面,介绍了国外战术导弹半实物仿真试验设备、试验技术的具体情况,分析了其半实物仿真验证能力的发展现状及发展趋势,提出了战术导弹半实物仿真应重点关注在复杂战场环境、新型物理效应、多弹协同/多体飞行器协同等方面的能力建设,分析结果可对未来战术导弹半实物仿真能力建设发展具有借鉴意义。     

四旋翼飞行器鲁棒自适应姿态控制器设计

为实现四旋翼飞行器姿态的稳定控制,针对该系统的非线性、易受外界干扰和参数摄动影响等问题,提 出一种鲁棒自适应控制方法。首先通过分析四旋翼飞行器的工作原理,建立了动力学模型;其次在线性化飞行器模 型的基础上,设计了基于最优二次型鲁棒伺服控制方法的姿态控制器;然后应用模型参考自适应控制方法设计了自 适应补偿器消除系统不确定性的影响;最后对加入了鲁棒自适应控制的飞行器进行仿真。仿真结果表明：该控制器 具有稳定精确的指令跟踪性能和强鲁棒性,能够在复杂环境下实现稳定良好的姿态控制。     

基于FPGA的视频信号压缩/解压缩技术研究

针对炮射／弹载微小型飞行器有效空间对任务载荷的要求，提出一种基于FPGA的数字化视频图象处理方法。该方法实现了视频图象在可靠无线传输时，图象数据流量的自适应控制，为炮射／弹载微小型飞行器实时为后方传递战场图象信息，执行战场侦察和毁伤效果评估任务提供了一种有效的解决途径。完成的试验表明，该方法可以达到系统预定的设计要求。     

某型自转旋翼无人机半实物仿真系统

针对某型自转旋翼无人机飞行控制,设计一种半实物仿真系统。介绍半实物仿真系统功能及组成、平台总体设计,详细论述系统硬件、软件设计,并对系统进行仿真试验。结果表明,该半实物仿真系统能真实地模拟自转旋翼无人机飞行控制系统运行环境,验证飞行控制系统逻辑功能及品质,缩短此型号的自转旋翼无人机研制周期。     

一种微小型无人飞行器的气动优化设计

针对现有微小型无人飞行器气动设计问题,提出了一种能有效改善微小型无人飞行器机动性能的气动优化设计方案,完成了气动外形的三维建模,得到了亚声速条件下的气动特性,得出了平原条件下最大可用过载为3.2 g,高原(4 500 m)条件下最大可用过载为1.7 g。结果表明,所提出的微小型无人飞行器具有良好的机动性能,实现了气动优化设计的目的。     

微型飞行器的飞行试验

微型飞行器(MAV)是无人飞行器发展的一个新方向,其飞行控制问题是MAV研究中的关键技术问题。微型飞行器特殊的气动特性使得对其进行精确建模,并根据模型设计飞行控制律存在较大的困难,而通过飞行试验,在实践中总结微型飞行器的特性,设计、改进和完善飞行控制律是最为直接和有效的方法。针对某型固定翼MAV,本文对在飞行试验中设计和改进飞行控制系统的研制过程作出了经验性总结,指出了飞行试验中应注意的问题,给出了某型微型飞行器的飞行试验结果。     

一种改进的微型飞行器非线性动态逆解耦控制研究

针对微型飞行器在低雷诺数条件下具有明显的非线性、非定常及强耦合的特性,研究了一种改进的非线性动态逆与比例积分相结合的MAV非线性解耦控制方法。首先,应用奇异摄动理论对MAV进行时标分离,研究快、慢状态子系统的控制器设计;其次,将比例积分环节引入控制器中,以消除非线性对消误差带来的影响;最后,对系统进行了仿真验证,仿真结果表明非线性动态逆与比例积分结合的方法能够有效实现MAV的解耦控制,具有实用价值。     

国外有人/无人机协同作战研究现状与发展趋势

针对现阶段无人机智能化程度相对有限的问题,分析有人/无人机协同作战。梳理有人/无人机协同作战 的概念、特点需求及历史概况;描述美国、俄罗斯、英国等国有人/无人机协同作战的研究现状;结合科技进步与战 争形态发展,重点梳理有人/无人机协同作战的关键技术,对有人/无人机协同作战的发展前景进行展望。结果表明, 该分析可为我军发展有人/无人机混合编队提供参考。     

非协同方式多微小型飞行器区域覆盖多目标的弹道建模与设计

为提高微小型飞行器（MAV）群对作战目标侦察攻击的适应能力,建立多MAV非协同方式区域覆盖多目标问题模型。应用云模型模拟MAV的起飞点坐标值,应用蒙特卡洛方法模拟起飞方向角度值,建立与问题模型相关的目标区域模型、MAV探测模型、起飞点模型、初始飞行方向模型和弹道模型。为提高优化设计效率,在对期望覆盖率指标进行了稳定性分析的基础上,确定计算期望覆盖率的最小模拟次数。应用多目标遗传算法对建立的多目标问题模型进行了求解,得到了非协同方式条件下多MAV区域覆盖的弹道设计方案。从MAV的探测半径与目标区域半径的比例关系出发,对这些方案适于解决的问题进行了分析。该弹道降低了MAV控制难度,兼顾了覆盖率、MAV数量和航程3个目标。     

一种新型涵道飞行器的设计与气动特性研究

涵道飞行器可以悬停、垂直起降和前飞,且安全性高、结构紧凑、噪声低。针对涵道飞行器一般只能以直升机模式低速前飞,设计了一种能以飞机模式快速前飞的新型可倾转有翼微型涵道飞行器。该涵道飞行器设计固定机翼,且涵道外形设计综合考虑了低速飞行和快速飞行的性能要求。然后采用数值模拟和风洞实验的方法研究了它在不同飞行模式下的气动特性。研究结果表明：该新型微型涵道飞行器不仅可以悬停、垂直起降和以直升机模式低速前飞,而且能以飞机模式快速前飞涵道飞行器可以悬停、垂直起降和前飞,且安全性高、结构紧凑、噪声低。针对涵道飞行器一般只能以直升机模式低速前飞,设计了一种能以飞机模式快速前飞的新型可倾转有翼微型涵道飞行器。该涵道飞行器设计固定机翼,且涵道外形设计综合考虑了低速飞行和快速飞行的性能要求。然后采用数值模拟和风洞实验的方法研究了它在不同飞行模式下的气动特性。研究结果表明：该新型微型涵道飞行器不仅可以悬停、垂直起降和以直升机模式低速前飞,而且能以飞机模式快速前飞并在整个飞行包线中具有良好的气动特性。     

对地探测单轴摄像机位置指令的计算及其实现

利用小型飞行器(MAV)探测地面目标活动时一般需采用双自由度光电稳定器.研究了利用机载单轴摄像机探测地面活动目标技术,给出了摄像机俯仰角调整指令以及飞行器航向角调整指令的计算办法.由于俯仰指令与航向指令响应速度的差异,捕获目标时两个方向很难协调同步,提出了动态位置指令的概念,并给出了具体的实现方案.仿真计算表明,在摄像机俯仰角连续调整的基础上,飞行器以一定的飞行轨迹完成航向角调整后,能完成对地面目标的有效探测.     

视觉感知的数字图像拼接痕迹可见度客观评价方法

数字图像拼接时,待拼接图像之间的亮度差异导致拼接图像出现拼接痕迹。为了对数字图像拼接痕迹的明显程度进行客观评价,研究了一种基于人眼视觉感知的数字图像拼接痕迹可见度(MAV)客观评价方法:首先,由待拼接图像获取梯度误差图像;然后,综合考虑人眼视觉频率敏感度、亮度掩模效应及纹理掩模效应对视觉分辨力的影响,导出基准图像的临界可见偏差(JND),并从梯度误差图像的小波系数中减去JND门限值,获得能够被人眼视觉感知的拼接痕迹图像;最后,利用拼接痕迹图像的均值和信息熵,构造了一种数字图像MAV的客观评价指标(MAVA).实验表明,采用MAVA对数字图像拼接痕迹的明显程度进行的客观评价,与人眼主观评价结果基本一致。     

基于磁阻和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计及应用

在简单介绍了姿态角和地磁场的基础上,分析了电子罗盘工作原理,设计了基于磁阻传感器、MEMS加速度传感器及SoC(System on Chip) MCU的电子罗盘。根据其构成的主要器件,分析、补偿和计算了系统误差。该电子罗盘具有体积小、重量轻、功耗低、价格低和精度高等优点。试验结果表明其能够很好地用于微型和超小型飞行器的姿态控制与导航。     

紅外地平仪在微型飞行器姿态测量中的应用

红外地平仪通过视场观测地平线，由此测得微型飞行器的姿态运动参数，是一种绝对姿态测量方式。给出了红外地平仪的测量原理，通过三轴组合结构实现全方位俯仰、滚转角的测量。试验结果表明：红外地平仪系统具有体积小、成本低、动态品质好等优点，比较适合微小型运动载体姿态测量。     

视频侦察信号与GPS定位信号的叠加

针对炮射／弹载微小型飞行器有效空间对载荷的限制，提出了将GPS信号存储和叠加在视频信号上的方法，并根据此方法设计了一种视频信号与GPS信号叠加的电路，介绍了该电路的工作原理以及各组成部分的功能，并对此电路进行了相关试验，试验结果取得了预期的效果。