无人机系统飞行性能测试及分析系统研究与实现

无人机系统飞行性能是影响产品飞行安全和作业质量的关键,GB/T 38058—2019《民用多旋翼无人机系统试验方法》及行业标准中,已规定平飞/爬升速度、高度/速度保持、定点悬停、航迹精度等飞行性能项目的测试及分析方法。基于现有标准对比分析,文中提出一种地面测试基站获取高精度基准点后与机载测试设备组合解算,测量无人机飞行绝对坐标、姿态角等参量的软硬件实现方法,并将飞行数据的截取、计算、分析、报告等环节嵌入整个测试流程,设计一种可用于旋翼和固定翼无人机系统飞行性能测试及分析的系统。经过实际测试应用,所设计系统满足GB/T 38058—2019标准和行业标准的试验要求,可有效提升飞行性能测试及结果评价的准确性、时效性,缩短测试周期,降低测试成本。     

多无人机编队半实物仿真系统开发与应用

针对多无人机编队飞行试验的需求,文中开发一种半实物仿真系统,用以开展多机编队飞行的半实物仿真试验,并对编队功能和性能进行试验验证。根据无人机系统的组成和硬件配置,设计并构建半实物仿真系统的架构。针对机载传感器的接口类型完成仿真系统的硬件选型,并设计仿真电缆。基于被试无人机的气动参数和发动机参数,建立无人机的Simulink六自由度实时仿真模型,并开发部署相应的仿真环境和仿真软件。基于该仿真系统,进行8架无人机编队飞行的半实物仿真试验。试验结果表明,参试的8架无人机能够实现编队飞行的功能,并根据给定的不同队形的指令进行队形变换和保持。所设计系统不仅能在飞行试验前进行编队仿真验证和测试,还能对地面操作手进行飞行试验前的模拟训练。     

主动干扰辅助下的无人机隐蔽通信功率与位置联合优化

利用友好干扰节点发送人工噪声是无线隐蔽通信中一种常见实现方法,可以增加监听者做出判断的不确定性,从而实现隐蔽传输。为此,考虑在无人机隐蔽通信网络中,部署一个空中的友好干扰节点,发射人工噪声干扰地面监听者的检测。对无人机与地面用户之间实现无线隐蔽传输进行了研究,分析了其有效隐蔽性能,联合优化了2架无人机的发送功率和位置部署以最大化隐蔽传输速率,使用粒子群优化算法与功率位置交替迭代算法2种优化方法得到最优的无人机部署位置及功率分配方案。仿真结果表明,联合优化方案相比于固定位置只优化功率的基准方案可以显著地提高系统隐蔽传输性能,且交替迭代算法所得结果要优于粒子群优化算法。     

基于多域特征融合的旋翼无人机分类识别

为提高雷达旋翼无人机的识别效果,本文提出一种基于多域特征融合的旋翼无人机分类方法。首先利用K波段连续波（Continuous Wave,CW）雷达观测多旋翼无人机,对采集到的雷达回波信号进行信号处理依次得到时频图、节奏速度图（Cadence?Velocity Diagram, CVD）和节奏频谱图（Cadence Frequency Spectrum,CFS）,然后将时频图和CVD图分别输入SqueezeNet网络,CFS数据输入一维卷积神经网络（1?D?CNN）提取回波信号在时频域、节奏速度域和节奏频率域的特征,最后将特征融合输入支持向量机（Support Vector Machine, SVM）进行分类。实测雷达数据处理的结果表明基于多域特征融合的旋翼无人机分类识别方法对三类旋翼无人机的分类准确率达到99.14%。     

无人机辅助的服务缓存边缘计算最优计算卸载决策与资源分配

边缘计算中利用无人机作为边缘节点进行动态部署,能够适应复杂的环境,大大提升边缘计算系统的性能.本文提出利用无人机辅助的服务缓存边缘计算最优计算卸载和资源分配策略.此策略在确定无人机3D位置和边缘服务器中服务的部署,以实现在时延约束下最小化能耗的目的.具体来说,首先,建立本地计算模型和MEC计算模型,计算出任务的处理时延和能耗;其次,在服务缓存、时延约束等条件下,建立最小化能耗的数学模型;最后,采用遗传算法框架对目标问题进行求解.求解过程采用双层优化方法,外层层将无人机3D位置和服务缓存方案放入基因编码,内层先利用贪心的思想确定资源分配,再将问题转化为整数线性规划问题进行求解.通过仿真证明了本文所提出算法的可行性和优越性.     

无人机低空遥测技术在水土保持监测中的应用

无人机低空遥测技术依靠先进的通信技术,利用智能化、自动化技术进行空间遥感信息的传输、建模和应用分析。文中主要探讨了无人机低空遥测技术在水土保持监测工作中的实践运用。     

基于引导Minimax-DDQN的无人机空战机动决策

针对无人机(UAV)空战环境信息复杂、对抗性强所导致的敌机机动策略难以预测,以及作战胜率不高的问题,设计了一种引导Minimax-DDQN(Minimax-Double Deep Q-Network)算法。首先,在Minimax决策方法的基础上提出了一种引导式策略探索机制;然后,结合引导Minimax策略,以提升Q网络更新效率为出发点设计了一种DDQN(Double Deep Q-Network)算法;最后,提出进阶式三阶段的网络训练方法,通过不同决策模型间的对抗训练,获取更为优化的决策模型。实验结果表明,相较于Minimax-DQN(Minimax-DQN)、Minimax-DDQN等算法,所提算法追击直线目标的成功率提升了14%～60%,并且与DDQN算法的对抗胜率不低于60%。可见,与DDQN、Minimax-DDQN等算法相比,所提算法在高对抗的作战环境中具有更强的决策能力,适应性更好。     

具有输入死区与扰动的四旋翼无人机自抗扰控制

研究了具有输入死区与扰动的四旋翼无人机的姿态控制问题。由于输入死区普遍存在于四旋翼无人机的执行机构,并且易受到扰动的影响。针对具有输入死区与扰动的四旋翼无人机系统,设计基于自抗扰的动态面控制器。采用自抗扰控制算法设计扩张状态观测器估计系统的总扰动,采用动态面方法设计控制律。所设计的控制器使四旋翼无人机实现对期望姿态角跟踪。仿真结果验证了该方案的有效性。     

基于OpenMV四旋翼无人机视觉跟踪系统设计

无人机对目标的实时跟踪是无人机领域的研究热点与难点,该文设计了一个基于OpenMV四旋翼无人机视觉跟踪系统。该系统以STM32F407VGTx为主控芯片,以姿态传感器、气压计传感器、光流传感器、激光传感器和电子罗盘等为传感器,通过高速的SPI和UART接口获取无人机姿态,构建了一个稳定的飞行控制平台。设计了基于串级PID的无人机悬停、定点和定高飞行的控制算法与程序。在四旋翼无人机稳定飞行的平台上,通过OpenMV实现了四旋翼无人机对目标色块的实时跟踪。     

基于无人机遥感技术的智慧城市楼宇信息自动化测绘系统

为实现智慧城市楼宇信息远距离、全方位精准采集,该文设计了基于无人机遥感技术的智慧城市楼宇信息自动化测绘系统。此系统由机载端测绘数据采集模块的CMOS图像传感器,采集智慧城市楼宇遥感图像信息后,经遥感数据处理模块启动基于降频与复原的遥感成像技术,由Cameralink图像采集卡将遥感图像执行降频操作,再复原成遥感图像后,使用基于内核影像技术的测绘图像标定方法,通过遥感图像分割、标定的方式,提取遥感图像中目标楼宇信息,采用无线收发模块将复原遥感图像发送至地面端的计算机,由计算机展示测绘结果。经测试,所设计系统可使用无人机遥感技术完成智慧城市楼宇信息远距离、全方位精准采集,具备可用价值。