无人机自主目标识别与定位应用研究

面向无人机自主侦察任务中在线目标识别与定位需求,首先梳理了无人机侦察中目标识别领域的相关研究成果;然后,介绍了Faster RCNN目标识别算法的实现原理,并针对任务需求进行了改进;之后,介绍了图像拼接的相关算法并进一步提出了目标相对定位算法;最后,设计了完整的侦察试验流程对所设计自主目标识别与定位方法进行验证;结果表明,改进的目标检测网络能够达到83.3％的识别准确率和35帧/秒的识别速度,所提出的相对定位算法可以达到0.702 m的平均定位精度,能够满足侦察无人机在线目标识别与定位的任务需求.     

基于模型的四旋翼无人机半实物仿真平台研究

为了降低在真实飞行器上测试新的控制策略时所存在的设备损坏风险,对四旋翼无人机的控制器和半实物仿真实验平台进行了开发和介绍;首先,分析了四旋翼无人机基本结构和飞行原理,并对其进行了动力学建模;其次,设计了对应的常规PID控制器和滑模控制器,并进行了Matlab仿真对比和分析;最后,展示了采用先进的基于模型的设计方法和代码自动等技术的半实物仿真实验平台,并详细介绍了其硬件和软件的总体架构和不同模块的配置;仿真结果表明所设计滑模控制器相比于PID控制器有更好的控制效果,并给出了其在半实物仿真平台上用来研究四旋翼无人机姿态控制的可行性。     

空地融合的城市道路基础设施数字化技术研究

城市道路基础设施三维模型的重构,在城市道路BIM应用与数字化领域具有重大意义;针对城市交通基础设施数字化重构的需求,对车载激光扫描与无人机倾斜摄影采集技术进行综合运用,提出一套从信息采集、空地点云配准、点云分割到三维重构的完整技术方法;首先使用车载激光扫描技术和无人机倾斜摄影技术对交通基础设施信息进行采集,并使用运动恢复结构算法(SfM,structure from motion)生成基础设施空地点云;其次使用迭代最近点法(ICP,iterative closest point)对空地点云进行精配准,然后利用基于PointNet网络的方法对融合点云进行语义分割;最后对分割出的交通基础设施对象进行三维重构;提出的空地融合的城市交通基础设施数字化技术能够高效地实现交通基础设施重构,为城市交通基础设施数字化提供基础、为后续交通专业领域的应用研究提供便利.     

无人机航拍图像中裸露地表的识别

电力输电线路下方或附近的无覆盖物的裸露地表,是引起输电线路事故的主要隐患之一;从无人机电力巡检航拍图像中识别裸露地表可以预防类似事故的发生;由于Mask RCNN识别无人机电力巡检航拍图像中裸露地表的精度较低,提出一种图像特征融合的方法,即人工提取HOG和LBP两种不同的图像特征,经过不同权重的融合共同表征图像中裸露地表区域的特征,再对SVM进行训练并用于识别;实验结果表明,采用该方法识别率可以达到80％以上,识别时间少于60 ms;HOG和LBP两种特征在进行融合时,当两种特征的数量级相当时,得到的识别率最高;可见,该方法在具有较高识别率的同时,具有比较好的实时性,适合于无人机机载平台对航拍图像的初筛,且训练时间较少,权重参数规模小,为无人机航拍图像中目标物的识别提供一种新思路.     

小型无人机发动机温度监控系统设计

为了实时监控小型油动无人机的发动机工作温度,设计开发了基于K型热电偶的4路温度监控系统;该系统采用模拟开关CD4052作通道切换,选通的热电偶信号经放大调理,由STM32F103控制器片上A/D采集,经DS18B20数字温度传感器作冷端补偿,最终以Modbus RTU协议将温度值发送到485总线上;经调试校准,该温度监控系统在蚊子直升机MZ202型发动机正常工作温度范围内与原机温度仪表相差±3℃,数据刷新率大于2 Hz,且工作稳定抗干扰能力较强,为发动机调校提供了可靠的依据,有效地保障了发动机安全稳定运行;该温度监控系统也可用于Rotax582,Rotax912/914等小型活塞航空发动机缸头及排气温度的采集与监控。     

基于RFID技术的四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统设计

为促进四旋翼无人机的飞行自主性,增强无人监管情况下飞行器主机所具备的避障行进能力,设计基于RFID技术的四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统;采用RFID标签识别技术,调制处理既定控制信号,利用标签识别协议,连接微型四旋翼轨迹控制器与内环姿态控制器,通过数据通信链路,提取轨迹跟踪控制所需的传输电子量,完成轨迹跟踪控制系统硬件设计;利用动力系统中的参数辨识策略,确定与轨迹姿态控制相关的物理规律标注,实现四旋翼无人机轨迹跟踪控制;实验结果表明,与机器视觉型控制系统相比,基于RFID技术的控制系统的SSI避障行进指标数值相对较高,全局最大值达到了 79％,四旋翼无人机滚转角平均值为85°,能够有效抑制四旋翼无人机滚转角的数值上升趋势,增强无人监管情况下飞行器主机避障行进能力.     

隐身反设计下飞翼布局气动与隐身综合设计

为同时获得良好的气动和隐身性能,基于双发动机布局下飞翼无人机大鼓包式机身,采用隐身反设计思路,开展了飞翼布局气动与隐身综合设计与分析研究,提出了一种减小翼型前缘半径的机身前缘类"鹰嘴"形飞翼布局优化构型.分别采用CFD(计算流体力学)方法对M6机翼进行气动数值模拟方法验证,以及基于FEKO软件中MLFMM(多层快速多极子方法)和PO(物理光学法)对圆柱体和某飞翼布局缩比模型进行隐身数值计算方法验证,并利用该方法获得了飞翼布局无人机气动与隐身综合特性.结果表明:建立的气动与隐身数值模拟方法计算结果与实验吻合较好,数值计算方法是可靠的;基于隐身反设计思路构建的机身前缘类"鹰嘴"形飞翼布局设计不仅纵向气动特性略微提升,且前向(-25°~25°)隐身性能明显提高,充分表明了隐身反设计思路的有效性;前缘类"鹰嘴"形设计主要影响机身表面压力分布,并有助于提升升阻特性;前缘类"鹰嘴"形设计比传统钝形前缘设计在不同频率和不同滚转角下隐身特性均有所提高.     

LEA-6T在小型无人机质子磁力仪中的应用

研究的目的是将LEA-6T应用在UAVPM系统中,探讨不同速度对偏航距和定位精度(均方差)的影响。简要介绍了UAVPM系统结构,在此基础上详尽围绕I2 C硬件接口,数据提取,坐标转换等方面阐述LEA-6T与UAVPM系统集成。结合小型无人直升机做飞行实验,实验数据证明集成了LEA-6T的UAVPM做航磁磁测时,飞行速度保持在30km/h以内,满足预期偏航距不大于150m,定位精度(均方差)不大于10m的要求。     

一种新的无人机偏航航迹计算方法

针对某型无人机模拟操作软件航迹计算精度存在的不足,提出了一种基于椭圆正反解公式的新的航迹计算方法．根据大地坐标系与大地基准相关原理,利用微元分析法计算无人机偏航航迹,通过缩小时间间隔,计算出等高飞行的无人机在小偏航角情形下的航迹经纬度．仿真验证结果表明,该方法能准确地计算小偏航角状态下无人机的飞行航迹,并能正确地对无人机飞越极点和赤道等特殊情况进行航迹修正,可用于其他飞行器的偏航航迹计算．     

电力巡线无人机数据传输系统研究

针对无人机数据链系统需要同时传输不同类型信息而且其性能指标迥异的问题,提出了安全性非对称信息一体化传输技术。该技术采用直接序列扩频技术对遥测等重要数据进行附加保护,与图像数据复接后统一进行QPSK调制,解决了直接复接技术可靠性不足、UQPSK功率分配灵活性差的问题,实现了多类型信息的差别复合传输。仿真结果表明,在改善频带利用率的同时,提高了重要信息链路的接收信噪比,与理论分析一致。