无人机软式自主空中加油视觉导航方法

针对无人机软式自主空中加油问题,提出了用于无人机软式自主空中加油的视觉导航方法.在加油锥套外环平面上均匀布置8个近红外LED,在受油机上布置CCD相机及带通滤镜构成视觉系统,利用该系统对锥套进行近红外成像,对所获取的近红外图像进行特征点提取并利用迭代算法估计锥套与受油机之间的位姿参数.在不同距离下对该视觉导航方法进行了仿真验证.结果表明,所研究的无人机软式自主空中加油视觉导航方法精度较高,抗干扰能力较强,可以有效地用于无人机软式自主空中加油.     

基于视觉的空中加油定位技术研究

空中加油作为增加飞行器续航能力的一种有效手段,正受到越来越多的关注和研究,而具有低成本、无源性等优点的视觉导航技术为自动空中加油的实现提供了可靠的解决方案。首先介绍了空中加油的基本概念,包括软、硬两种不同方式以及从交会到脱离的过程;然后以加油锥套、受油接口、飞行器机体三种不同的研究主体为切入点,梳理了针对自动空中加油问题的视觉定位解决方案,着重阐述了其中基于视觉的检测跟踪和位姿估计过程,总结了其中可用的视觉定位算法;最后讨论了当前该领域待解决的问题,并展望未来的研究方向。     

自主空中加油时变质量无人作战飞机非线性控制

针对自主空中加油中无人作战飞机(UCAV)位置保持问题, 进行了时变质量UCAV的动力学建模与非线性控制设计. 综合考虑了燃油传输对UCAV的质量、惯性矩阵和质心位置的影响, 基于相对于惯性系的状态变量, 推导了UCAV时变质量动力学方程. 通过引入谱半径, 将局部化自适应边界指令滤波反推方法应用于UCAV的位置保持控制. 使用逼近器对未知模型不确定性进行在线逼近. 对于固有逼近误差和外部扰动, 采用局部化自适应边界进行补偿. 通过指令滤波反推, 设计了相对位置、速度、姿态角和角速度四个反馈回路来保证UCAV的稳定性. 最后, 三种不同加油方案下的非线性仿真验证了非线性飞行控制律的有效性.     

基于自适应粒子滤波的摄像机位姿估计方法

提出一种基于自适应粒子滤波的摄像机位姿估计方法。该方法首先利用相邻两帧传递模型的噪声方差动态调整传递模型,接着利用内点统计方法计算粒子权值,在对权值作归一化运算之后,利用粒子加权和计算摄像机位置和姿态。实验结果表明该方法很大程度上提高了基于标识的摄像机位姿估计系统的健壮性与稳定性。     

无人机空中加油控制设计与仿真

无人机空中加油控制精度问题,无人受油机模型的各种不确定性与来自外部的各种干扰归结为扰动,造成控制精度差。为解决上述问题,提出一种免疫粒子群优化算法的自抗扰无人机自主空中加油飞行控制律设计方法。利用自抗扰控制能够自动检测并补偿内部与外部干扰影响的特点,并利用扩张状态观测器进行估计与补偿,从而增强了所设计飞行控制律的鲁棒性,用免疫粒子群优化算法对自抗扰控制器参数进行了优化研究,以提高设计效率。仿真结果表明,所设计的自抗扰自主空中加油控制系统具有优良的控制性能与较高的控制精度,能够满足无人机自主空中加油的要求。     

ArUco辅助的爬壁机器人自主定位方法

针对现有的爬壁机器人定位技术在纹理特征不明显、环境相对封闭、存在强磁干扰等特殊环境下的不足,提出利用机载鱼眼相机观测固定于地面的ArUco码的全新定位方案并实现了基于该定位方案的惯性测量单元/编码器/鱼眼相机多传感器融合的自主定位方法 A-IEF。该方法首先识别ArUco码,并根据其在鱼眼图像中的位置筛选关键帧;然后,研究了固定于地面的ArUco码的角点在鱼眼图像中的重投影规律,并结合机器人姿态约束进行重定位优化;其次,在关键帧区间内,推导了角点重投影误差关于机器人位置和姿态增量的雅可比矩阵;接着,设计了基于ES-EKF（误差状态扩展卡尔曼滤波）的多信息融合方法,以编码器估计的位移误差及ArUco角点重投影误差作为观测量,实现对机器人航向角和位置的修正;最后,在大型钢制构件上进行测试,试验结果表明,本文方法具有更高的定位精度,其中位置估计精度保持在0.06 m以内,航向角估计精度保持在3.7?以内,相较于ArUco-rectified、航位推测法等定位算法,位置误差降低约47%,航向角误差降低约68%,并能够实现在弱光照环境中的定位。     

基于一阶径向畸变算法的双目摄像机多位姿标定方法

双目立体视觉中在对物体进行三维测量或精准定位时,需要对摄像机进行标定以获得其内外参数。研究径向畸变摄像机模型,构造了基于一阶径向畸变（RAC）算法的双目摄像机内外参数线性求解公式。考虑侧倾角、旋转角、俯仰角以及透镜的主要畸变因素,修正了传统RAC标定法中只考虑径向畸变、部分参数需要先验值的缺陷。利用标定所得内、外参数进行了多位姿双目摄像机三维重构实验。实验结果表明,该标定方法重投影误差分布在[-0.3,0.3],动态识别结果与实际运行轨迹重合率为96%,对降低双目立体视觉三维测量误差率有积极性影响。     

基于视觉反馈的多机器人自重构系统研究

在执行特种任务时,为了能够实现自重构功能以适应复杂地形环境,多机器人必须拥有一套安全高效的自主对接分离系统.鉴于此,提出一种基于视觉反馈实时获取机器人相对位姿信息的方法,使控制机器人按照规划轨迹进行自主对接.首先,调整机器人对接尾座到达水平状态;然后,利用摄像头捕获到的标记板解算机器人的位姿信息;最后,控制机器人按照规划轨迹进行对接操作.独特的分离系统在多机器人出现故障时可做到实时分离,抛弃故障单元.经实验验证,自重构系统对接成功率高达97.3%以上,具有良好的鲁棒性.     

一种面向移动平台的无人机自主降落控制方法

准确获取无人机的位姿信息是顺利执行无人机自主导航、着陆的首要前提。由于GPS/INS导航系统的局限性和IMU惯性导航系统的误差,提出了一种基于视觉导航的方法。设计了"H"形图像的着陆标志,对机载摄像机采集的实时影像进行图像处理,利用世界坐标系到图像像素坐标系的映射关系得到基于视觉的无人机位姿估计模型,进而解算无人机当前的位姿估计值。上述方法提高了无人机的着陆安全性。仿真结果验证了算法的有效性和位态信息的精确度。     

室内自主式移动机器人定位方法

定位是确定机器人在其工作环境中所处位置的过程.应用各种传感器感知信息实现可靠的定位是自主式移动机器人最基本、也是最重要的一项功能之一.本文对室内自主式移动机器人的定位技术进行了综述,介绍了当前自主式移动机器人定位方法的研究现状.同时,对国内外具有典型性的研究方法进行了较洋细的介绍,并重点提出了几种室内自主式移动机器人通用的定位方法,对其中的地图构造、位姿估计方法进行了详细介绍.最后,论述了自主式移动机器人定位系统与地图构造中所面临的主要问题及其解决方法并指出了该领域今后的研究方向.     

基于Kalman预测的空中加油锥套跟踪方法

利用加油锥套的位置和尺寸信息建立Kalman滤波方程,结合加油对接过程中锥套的运动特点设置模型参数,并引入目标遮挡系数实现参数的自适应调整,对锥套的运动进行状态估计,再通过改进的霍夫梯度法采集观测值对估计值进行修正。实验结果表明,本文研究的算法在工作范围内能够实现对锥套的稳定跟踪,特别是当锥套发生部分遮挡时具有较好的持续跟踪能力,对背景变化具有较好的适应性。     

硬式空中加油相对位姿视觉测量技术研究

依据双目视觉的硬式空中加油精确测量需求，提出了一种硬式空中加油的伸缩管和受油口之间相对位姿测量方案。针对标志图像易遮挡问题，在受油口附近布置呈等腰梯形分布的标志图案，建立重构误差平方和最小的图像空间误差目标函数完成姿态估计，求取标志图案两腰延长线交点解算受油口中心位置；针对伸缩管的变形及无同名匹配点问题，提出用柱体轮廓线投影方法求取伸缩管轴线方程，进而求取姿态。最后在1〖DK〗∶1验证平台对该方案进行多次试验验证，结果表明本方案可实现对伸缩管与受油口的相对位姿精确测量，其相对姿态误差优于1°，相对位置误差优于10 cm。该方案首次提出对伸缩管位姿的测量，且可解决易遮挡、伸缩管变形和无同名匹配点问题，其精度满足硬式空中加油自动对接性能要求。     

LQR Integrated with Fuzzy Control for Aerial Refueling Autopilot

Linear Quadratic Regulator （LQR） is modem linear control that is suitable for multivariable state feedback and is known to yield good performance for linear systems or for nonlinear systems where the nonlinear aspects are presented. The fuzzy control is known to have the ability to deal with nonlinearities without having to use advanced mathematics. The LQR integrated fuzzy control （LQRIFC） simultaneously makes use of the good performance of LQR in the region close to switching curve, and the effectiveness of fuzzy control in region away from switching curve. A new analysis of the fuzzy system behavior presented helps to make possible precise integration of LQR features into fuzzy control. The LQRIFC is verified by simulation to suppress the uncertainty instability more effectively than the LQR besides minimizing the time of the mission proposed.     

无人机空中加油建模与仿真分析

无人机空中加油的关键在于建立并保持加油机与无人机之间的有效队形,实现无人机在此过程中的自动飞行;在对空中加油全过程论述的基础上,首先对加油过程中的编队飞行问题进行了数学建模,并依据所建立的数学模型设计了无人机编队飞行控制器,最后通过对空中加油条件的模拟初始化,给出了无人机对接阶段的仿真要求并对所建立的系统模型及控制器进行了仿真验证;仿真结果表明,所建立的模型及控制器可以实现加油编队快速、平稳的会合、对接,为空中加油任务的顺利完成提供了保障.     

基于SURF特征点的自主空中加油定位研究

针对硬式空中加油技术中加油插座的定位问题,提出了一种结合SURF(Speeded-up Robust Features)特征点的双目立体视觉定位方法,确定了加油插座的空间位置,实现伸缩管和加油插座的精确对准。基于SURF匹配算法,对双目视觉系统采集的左右图像进行目标检测,并获取匹配目标的SURF特征点,通过空间误匹配点对的剔除和目标点坐标的计算,确定左右图像中具有空间位置一致性的目标点(即加油插座),从而恢复目标点的三维信息。实验结果表明,结合SURF方法能够有效地对加油插座的空间位置进行定位,具有一定的实用价值。     

无人机空中加油自主会合控制器设计

针对自主空中加油中的飞行器会合问题,提出一个完整的自主控制方案,以使无人机在无加油机主动配合情况下具备自主会合能力.通过改进带终端碰撞角约束的比例导引律,将期望的会合点作为跟踪目标,实现终端航向的控制.为了满足会合对无人机机动性能的要求,使用Backstepping方法设计控制律,在保证无人机稳定性的基础上,实现了制导信号的精确跟踪.仿真结果验证了所提出控制方案的有效性.     

新型机载视频在空中加油试飞中的应用

结合某型飞机空中加油试飞课题,设计了一套新型机载高清影像测量系统.主要介绍了系统组成、测试原理、数据处理方法,并对仿真实验结果进行分析.经过实际飞行试验验证,结果表明空中加油试飞测试任务所采用的机载高清影像测量系统方案可行、方法正确、测量的结果和精度满足要求,同时实现了空中加油全过程的可视化,极大地提高了试飞效率.     

硬式空中加油姿态调节作动系统技术研究

姿态调节作动系统作为硬式空中加油系统的重要子系统,其功能和性能可直接影响加油装备与受油机的准确对接与安全。通过故障树分析的方法验证了方案系统架构满足安全性要求,通过建模仿真分析的方法验证了系统方案的合理性和性能指标的符合性。试验结果表明,所研制的系统能够满足设计方案的功能和性能要求,并验证了关键技术,提升了技术成熟度,为后续实用化奠定了基础。