基于分布式一致性的无人机编队控制方法

多无人机系统中,系统状态的一致性是实现多无人机协同控制的基础,针对多无人机中存在的三维空间编队控制问题,提出一种分布式一致性的无人机编队协同控制方法。在主机-从机组成的多无人机系统的基础上,引入分布式结构,设计无人机控制系统模型并建立无人机编队协同机制。根据协同机制设计基于一致性算法的协同编队控制器、基于匈牙利算法的任务分配策略以及避障策略。分别在简易模拟器和基于ROS-Gazebo的实景模拟器中仿真验证了协同控制方法的有效性。结果表明：无人机群能够有效地完成协同编队任务,并且可以通过调整层次结构进行有效编队重构。     

基于IMPSiamCAR孪生网络无人机目标跟踪算法

针对无人机进行目标跟踪时,目标存在尺度变化大、易受遮挡、相似物干扰等问题,在SiamCAR的基础上提出IMPSiamCAR算法。该算法使用改进的ResNet50网络提取目标特征,引入通道注意力机制使模型学习不同通道的语义信息,按特征的重要程度为通道分配不同的权重,使算法能更加关注存在跟踪目标的区域;再将融合后的目标特征送入区域回归网络进行正负样本分类、中心度计算及边界框回归;最后得到每一帧中目标的位置。在UAV123数据集与OTB100数据集上测试的实验结果表明,提出的算法与对比算法相比,有更高的跟踪精度与成功率,能较好地应对遮挡、相似物干扰、尺度变化等挑战;并且在VOT2018和UAV123数据集上进行实时性测试的结果表明,所提算法可以满足无人机实时性的要求。     

基于MB-RRT*的无人机航迹规划算法研究

随着小型无人机的广泛应用,提高无人机的自动巡航能力变得至关重要。无人机航迹规划是指其在已知环境地图信息下展开航迹规划,实现无碰撞的、平滑的、从初始点到达目标点的路径。针对现有算法依然存在收敛速度慢、内存消耗大、航迹规划固定步长和航迹平滑度无法满足实际无人机飞行等问题,提出了MB-RRT*(Modified B-RRT*)算法,通过懒惰采样方法加快算法收敛速度并减少内存占用;设计自适应步长来解决算法在障碍物附近生长树的局限性问题,从而提高了找到初始可行解的速度和质量;然后利用降采样和3次贝塞尔插值算法实现了曲线拟合的功能,使算法最终生成相对平滑的航迹,为无人机实际飞行提供可行的航迹规划方法。最后在多组不同环境复杂度的实验中,通过与其他算法相比较,验证了所提算法的有效性。     

一种改进的UAV高度无缝融合导航方法

为了解决无人飞行器多机载高度传感器直接使用和切换导致的信号突变的问题,提出了一种基于微惯性器件、GPS、声纳、气压高度计的高度无缝融合方法.建立声纳和气压高度计误差模型,对其动态误差进行了分析和滤波预处理.采用基于增量的无缝融合方法获取高度变化估计值以修正气压高度.利用无迹卡尔曼滤波(UKF)方法将气压高度计、GPS和惯性导航系统信息进行有效融合获得精确的高度估计值.该方法考虑了各种高度传感器在动态环境下的误差特性,解决了模式切换带来的信号突变问题.飞行试验结果表明:采用该设计的方法系统具有较高的精度和可靠性.经过150 s飞行后,高度估计误差为0.4707m,能够满足无人飞行器飞行要求.     

输入有约束时的飞翼布局无人机姿态控制

针对大展弦比飞翼布局无人机的刚体运动与弹性运动耦合动力学模型,研究了输入有约束时的无人机姿态控制问题,提出了一种采用扩张状态观测器的反步滑模控制方法.首先,采用扩张状态观测器实时估计气动弹性模态和外界未知干扰的影响,并引入跟踪微分器避免了控制律中项数膨胀问题.然后,针对飞翼布局无人机多操纵面的配置和输入约束,给出了基于LMI的在线舵面分配算法.最后,针对指令滤波和输入约束情况下控制指令的滞后问题,设计了辅助补偿器对控制指令进行补偿.根据Lyapunov稳定性理论证明了该控制方法能够保证姿态跟踪误差收敛至有界,仿真表明存在复合干扰和输入约束时该方法具有良好的姿态跟踪性能.     

无人机三维实景建模技术在矿山地质信息提取中的应用研究

由于科学技术的发展和地质勘查工作的需要,地质找矿工作面临着一定的技术难题,发现在成矿空间内无法准确提取到成矿信息,为了更好地探明矿山深部及外围地质情况,在地质勘查工作中运用无人机三维实景建模技术提取矿山地质信息,建立三维矿山地质模型,可以更加真实的展示矿山的三维空间形态,依照地质学原理,利用无人机三维实景建模技术可以去除无人机航拍图像中的干扰项,实验结果表明,该方法信息提取精度较高,可以为地质找矿及矿产资源动态监测工作提供重要的理论依据。     

基于观测器的无人机编队自适应容错控制

针对多无人机编队飞行中的僚机故障问题,设计了一种基于观测器的自适应容错控制方法。首先,基于领导跟随法建立了无人机编队模型及僚机故障的编队模型,并将其划分为位置子系统与偏航角子系统。其次,基于观测器技术对位置子系统中的状态和故障进行观测,并结合观测的状态和故障信息构造状态反馈控制律;然后,基于自适应方法给出偏航角子系统的控制设计方案,并用Lyapunov理论证明系统跟踪误差最终有界收敛。通过仿真,本文算法在发生故障后对系统的完全跟踪时间和稳态误差分别比基于鲁棒故障估计的方法最大降低了76%和70.3%,并且均比传统观测器的方法明显减少较大,证明了本文算法能更好的克服偏差故障带来的不利影响,有效实现四旋翼无人机群的编队飞行。     

卫星通信在大型无人机输电线路巡检测控中的应用

针对大型无人机输电线路巡检的测控通信技术瓶颈,通过多种方案的分析和比较,提出了直接转发点对点方式卫星通信解决方案。在技术方案实施中分析评估了机载天线最佳选型和安装位置,前向利用双重发射分集的方法,返向利用检测接收信号能量的方式,有效地解决了卫星通信系统信号被直升机旋翼遮挡导致通信链路中断的关键技术问题,有力地推动大型无人机输电线路巡检实用化进程,并进一步拓展卫星通信技术在民用和军用领域的应用范围。     

Adaptive finite‐time formation tracking control for multiple nonholonomic UAV system with uncertainties and quantized input

An adaptive finite‐time formation tracking control approach is proposed for multiple unmanned aerial vehicle (UAV) system with quantized input signals in this paper. The UAVs are described by nonholonomic kinematic model and autopilot model with uncertainties. An enhanced hysteretic quantizer is introduced to avoid chattering, and some restrictions are released by using a new quantization decomposition method. Based on backstepping technique and finite‐time Lyapunov stability theory, the adaptive finite‐time controller is designed for the trajectory tracking of the multi‐UAV formation. The nonholonomic constraints are solved by a transverse function. A transformation is introduced to the control input signals to eliminate the quantization effect. Stability analysis proves that the tracking errors can converge to a small neighborhood of the origin within finite time and all the closed‐loop signals are semiglobally finite‐time bounded. The effectiveness of the proposed control approach is validated by simulation and experiment.     

Several Factors Affecting the Inspection of Wind Turbines by UAV

The country strongly supports the development of new energy industries, with the clean energy wind power industry developing rapidly and the market maturing, the scale of wind farms and installed capacity expanding, and the blade length increasing to 60-70m. The increased blade length and weight increase the probability of damage. the manual inspection method is time-consuming and laborious, with a high economic cost, low inspection efficiency, and high safety risks, and cannot meet the current wind turbine fast and efficient inspection requirements. This paper intro-duces the characteristics of the type of UAV, its working status, and mode, and proposes how to determine the best area for UAV inspection according to the factors that can cause interference to the inspection in the actual wind field, to achieve the demand for fast and efficient inspection of the blade surface and improve the accuracy of inspection. It is believed that with the development of UAV technology, UAVs will play a more important role in the field of in-spection.