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。     

基于最小二乘的无人机无线导航方法研究

无线电导航是无人机传统导航模式,该模式的导航误差随时问积累;针对无线电导航系统由于非线性造成导航精度较低问题,提出了基于最小二乘估计的无线电导航方法;在研究非线性问题基础上构建了无线电导航系统模型;以航程推算为基准,进行了相应仿真计算分析;仿真分析表明基于最小二乘法的无线电导航系统能有效抑制非线性扰动,导航精度有较大提高.     

小型无人机自主飞行控制技术的研究

当前,世界各国都加强了对于无人机的研究,这主要在于无人机有效地摆脱了人承受能力的束缚,可以在一些特殊的环境中和不确定的对象下执行高危险的任务。本文首先阐述了无人机自主控制技术的发展需求,然后深入分析了小型无人机自主控制的关键技术,进一步探讨了我国无人机自主控制层级的发展,最后对小型无人机自主控制的未来研究方向做了展望。     

基于粒子滤波的无人机自主轨迹视觉导航控制方法研究

针对现有无人机导航控制方法存在的控制效果不佳的问题,本文提出一种基于粒子滤波的无人机自主轨迹视觉导航控制方法研究。利用粒子滤波算法,实现对无人机自主轨迹视觉导航控制方法的优化设计。采用栅格法构建无人机飞行环境地图,根据无人机的机械组成结构和工作原理,构建运动状态模型。利用内置的摄像机设备采集视觉图像,执行图像灰度转换、几何校正、滤波等预处理步骤。通过对视觉图像的特征提取,判断当前环境是否存在障碍物。利用粒子滤波算法确定无人机位姿,结合障碍物识别结果规划无人机的自主飞行轨迹。将位置、速度和姿态角的控制量计算结果,输入到安装的导航控制器中,完成无人机的自主轨迹视觉导航控制任务。通过实测分析得出结论：应用设计的导航控制方法,其位置误差、速度误差以及姿态角误差均维持在预设值以下,即设计的导航控制方法具有良好的控制效果。     

无人机三维视景仿真系统实现

无人机传统地面站系统数据回显主要采用二维数字和图表曲线形式,操作人员不能对在三维空间内飞行的无人机的飞行状态有一个直观的感受。为了配合无人机地面站操作系统,以某新型无人机为应用背景,结合虚拟现实技术的相关理论,论述了在无人机地面站系统上加入三维视景部分。该系统在无人机飞行仿真的基础上,基于Creator和Vega软件,构建了无人机弹射起飞、巡航飞行的场景,实时动态地再现了无人机飞行的全过程,最后给出了系统的实施效果,仿真效果理想。     

四旋翼无人机自适应导航控制

研究四旋翼(Quadrotor)无人机导航控制问题。针对传统的四旋翼无人机导航控制方法的目标定位误差和实时性差问题,提出了基于CLOS技术的导航控制方法。采用CLOS技术所开发的导航控制系统使得四旋翼无人机能够在移动停机坪完成自主导航和着陆的任务,并详细研究了导航控制系统的设计和仿真。仿真结果显示了所设计的导航控制系统的性能和有效性,可应用于四旋翼无人机的实时导航。     

小型无人机数据链与自主飞控系统设计

介绍了小型无人机的组成与总体结构．研究了无人机自主飞行控制系统、数据链、起飞和着陆系统设计方案，采用嵌入式系统和GPS实现了无人机的自主飞行控制和目标自动搜索与识别。     

无人机飞行视景三维可视化仿真

视景仿真作为无人机飞行模拟的一部分,实现了飞行场景的可视化。针对无人机三维可视化过程中的若干关键技术进行研究,如飞机尾焰生成、真实地形渲染、天空建模、镜头光晕绘制等。最后借助VC++和OpenGL编程工具,在普通PC机上实现了飞行视景的三维可视化,达到了较高的帧频率和逼真的动画效果,满足飞行场景实时显示的要求,具有一定的工程应用价值。     

无人机自主飞行三维可视化视景仿真

无人机在飞行过程中会产生大量复杂的数据,正因这些数据不易被理解使得研究人员不能直接对无人机的飞行过程做出判断分析。据此,将无人机自主飞行和三维可视化技术结合起来研究,基于三维建模工具MultiGen Creator和三维视景系统软件MultiGen Vega创建无人机三维模型和地形数据库,并完成无人机飞行环境的设置和视景驱动程序的编写。最终以一种直观的形式实时动态地再现了无人机自主飞行全过程,仿真效果理想。研究人员可根据仿真效果图直接做出判断分析,在很大程度上提高工作效率。     

基于GPS仿真器的无人机导航系统半物理仿真研究

讨论了无人机导航半物理仿真系统中GPS仿真器的设计方法;根据GPS接收机输出信息的特点和WGS-84与各种坐标系的转换关系,将飞机模拟系统解算得到的无人机位置信息转换成与之对应的GPS信号传输到导航链路,用于无人机航迹控制;根据导航飞控系统功能的要求,构建了一个半物理仿真平台来验证此系统,试验结果证明了采用模拟GPS仿真器完全可以对导航软件的功能进行有效的验证,并达到了预期设计要求。     

某型无人机导航/飞控系统设计与仿真

某型无人机以DSP为核心部件,介绍了其导航/飞控系统硬件设计、结构,其中主要包括数据采集、数据通信,介绍了导航/飞控软件,给出流程框图,设计了用于验证该系统的仿真系统;仿真系统引入大气模拟系统和GPS模拟系统,介绍大气模拟系统结构原理和GPS工作原理,仿真各子系统之间采用CAN总线进行连接,并且挂载真实舵机,检测舵机偏转检测,形成负反馈;最后,给出系统仿真步骤和仿真内容,得出仿真结果,验证该系统可行、正确.     

基于SCADE的无人机自主导航飞行软件设计

该文研究了一种无人机飞行控制软件设计方法,利用高安全性的应用程序开发环境-SCADE(Safety-Critical Application Development Environment)开发无人机自主导航功能模块的软件;按照SCADE开发嵌入式软件设计流程,自动生成可直接面向工程的高安全性嵌入式代码;并通过代码的效率测试和安全性测试,验证了在SCADE环境下进行无人机软件开发的优越性;由此得出SCADE很大程度上实现了软件开发的自动化,节约了开发成本和开发时间,并具有很高的安全性特征.     

全电压等级无人机高空巡检自主导航线路切换技术研究

针对无人机巡检电压等级较高的输电线路时,可能会因杆塔整体结构过于复杂导致导航线路混乱无法有效完成巡检工作的问题,研究全电压等级无人机高空巡检自主导航线路切换技术。将无人机导航线路规划问题转换为蚁群确定最优或次优路径问题,利用信息素挥发因子动态自适应调整规则,改善蚁群算法易出现局部最优以及较慢收敛的情况,完成导航线路规划。基于规划结果,采用自抗扰控制算法,设计包含微分器、扰动估计补偿等设备的自抗扰控制器,通过控制器调整航向角方向,实现导航线路切换控制。实验结果表明,所研究技术能够通过不同航向角度切换,完成输电线路高空巡检目的,且航线规划效率满足无人机高空巡检自主导航线路切换的实时性要求。     

结合类脑导航的强化学习无人机自主导航

随着无人移动平台的不断发展,为其赋予高效的自主导航能力变得尤为重要;针对无人机自主导航常用的端到端强化学习方法存在训练效率低、泛化能力和通用性差等问题,引入了类脑导航模型,基于长短时记忆(LSTM)神经网络构建了类脑细胞导航模型,通过整合编码无人机智能体的自运动信息,实现了网格细胞和头朝向细胞的编码,进一步将这些信息作为深度强化学习算法D3QN的状态补充表示;通过在AirSim仿真环境的实验表明,类脑导航模型的引入能够有效提高算法的训练能力和无人机智能体的导航性能,相较于原D3QN算法,在环境目标改变的情况下仍能寻找到新的目标点,有效提升了算法的泛化能力。     

基于序贯处理的航位推算组合导航算法研究

对由捷联惯导和测速设备所搭建的航位推算系统进行了研究,提出了一种基于航位推算系统的组合导航算法。该算法在传统的航位推算算法的基础上,利用惯组中加速度计组合的输出和航位推算给出的位置与姿态完成了惯导速度更新。将惯导速度与航位推算速度构造的速度量测和由航位推算位置与地标点给出的位置参考构成的位置量测输入卡尔曼滤波器,采用序贯处理完成了对姿态误差的估计。这种方法较好的解决了组合导航系统具有多个输出频率差异很大的量测时信息融合的问题。最后通过半实物仿真对该算法的有效性进行了验证。     

自主飞行机器人导航系统设计

自主飞行机器人系统是以微型直升机模型为载体的复杂系统。在该系统中导航系统采集各传感器数据得到机器人当前飞行姿态、空间位置以及相应的监控信息,控制模块依此监控信息按照给定策略计算并发出控制信号,实现飞行机器人的自主控制。本文对自主飞行机器人导航系统设计及功能实现做出了详细阐述。首先,给出了本自主飞行机器人的系统构造;其次,给出了导航系统的硬件组成部分以及各部分所完成的功能任务;最后阐述了导航系统的功能实现,包括飞行姿态和空间位置的获取。     

小型四旋翼无人机序列影像三维重建实验

传统航空影像三维重建受到时效性、成本等限制,而无人机三维重建技术是解决中小范围三维地形问题的有效手段。基于小型四旋翼无人机航拍序列影像开展了三维重建实验。首先分析了小型无人机航拍三维重建流程的特点,随后重点讨论了无人机三维重建中涉及的关键问题,包括无人机飞行姿态控制、航速、航高、重叠度和拍照模式选择等,最后对比了不同软件的重建结果。实验结果表明,通过优化控制无人机飞行姿态、航高、航速、重叠度等因素,选择合理的序列影像获取模式,在不同的软件中均可完成精度较高的精细地物三维重建。