VPX总线标准研究及其在无人机中的应用展望

军用无人机以其低成本高效能、体积小隐身性能强、零伤亡等优势,被广泛应用于作战的各个阶段;但随着军事职能的拓展,传统无人机已无法满足在超恶劣战场环境下,完成多任务、分布式数据处理和大容量数据传输的要求,迫切需要一种新的、基于高性能传输总线的、支持多任务处理的无人机设备;VPX标准作为VME标准的升级版本,在国外无人机领域已有所应用;作为新一代军用加固总线产品,它满足串行、千兆高速数据率,支持PowerPC架构且扩展灵活,以其搭建无人机系统,完全可以满足现在乃至未来的需求;通过对无人机未来发展趋势及相关技术驱动因素分析,详细介绍了VPX及其后续OPENVPX标准,将其与之前版本总线进行比较,认为其在无人机系统各领域具有广泛的应用前景,最后给出一种基于VPX总线的无人机系统模型。     

基于Matlab/Simulink的硬件在回路无人机仿真系统设计

随着无人机在军事和民用领域的应用前景,高效率的地面控制操控训练替代实装飞行是保证系统安全、提高效率和节省经费的重要手段,针对无人机飞行控制系统仿真的特点和人在回路仿真系统的要求,提出利用Matlab/Simulink提供仿真环境进行人在回路的无人机仿真系统的设计方案,该方案将PC机作为实时飞控系统,从而将其作为飞行控制的仿真平台,相对于传统手工编写代码的方式,基于Simulink模块构建的仿真模型具有灵活、快速、高效和低成本等特点,对无人机模拟训练系统中飞行动态仿真模型的设计和人在同路的仿真训练具有很高的实用价值.     

攻击型无人机切换控制系统容错算法研究

攻击型无人机单侧发射或投放重型武器时,可将飞行控制系统看作是一个切换控制系统。针对常见的常值型和时变型两种执行器故障,提出了一种自适应观测器设计方法,同时结合状态反馈控制设计了容错控制器。通过Lyapunov函数推出了观测器的误差是关于故障界输入状态实际稳定的充分条件,通过平均驻留时间方法证明了切换控制系统是全局输入状态实际稳定的。某型攻击型无人机仿真实例表明,此方法能在准确估计故障大小的基础上,有效保持切换飞行控制系统的性能,应用前景十分广阔。     

人工蜂群算法在移动机器人路径规划中的应用

研究机器人路径规划优化问题,机器人工作环境复杂,运动路径上存在许多障碍物.针对提高机器人安全导航性能问题,传统群智能算法存在早熟、搜索效率低等难题,难以获得全局最优路径.为了获得最优机器人运动路径,避免碰撞的发生,提出了一种人工蜂群算法的机器人路径规划方法.首先采用栅格法对机器人工作环境进行建模,然后机器人路径规划目标点作为蜜源,最后蜂群之间信息交换、协作搜索最优机器人运动路径.结果表明,人工蜂群算法解决了传统群智能算法存在的难题,加快了机器人路径规划求解速度,以较短时间找到最短机器人运动路径.     

基于数据融合的ABC-SVM社区疾病预测方法

针对现有社区医疗服务中的疾病预测方法存在数据利用率低、疾病分析类型单一、自动化程度差、疾病预测效果不理想等不足,提出在物联网大数据环境下可用于社区医疗的健康数据融合及疾病预测方法. 通过主成分分析(PCA)和聚类分析对社区中居民的生理指标数据进行特征提取;结合人工蜂群(ABC)算法构造支持向量机(SVM)非线性分类器对数据进行特征级融合分析并预测潜在疾病. 实验结果表明,所提方法的疾病识别准确率达到93.10%,相较于传统SVM方法和BP神经网络方法分别提高17.24% 和72.41%. 该方法能够在提高数据利用率、降低计算资源消耗的前提下有效识别多种潜在疾病,可实现疾病早发现、早预防、早治疗;可广泛应用于社区健康管理、老年社区监护甚至临床医疗.     

蛙跳式充电的无人机自主巡线技术与系统(一):基于GPS/RTK的无人机自主定位

为解决无人机巡线过程中的续航难题,设计实现基于蛙跳式充电的无人机自主巡线系统.作为第一部分,本文基于GPS/RTK的无人机自主定位展开研究.首先,针对南方电网公司提出的无人机无人操控自主巡线目标,搭建了蛙跳式充电平台,以提高无人机的续航能力;然后,为保证无人机能按预设航迹进行自主导航,并准确降落到地面平台进行充电,对无人机GPS/RTK组合导航模块中自主巡线关键技术进行了研究;最后,分别对巡线技术中姿态解算、加速度补偿及延时补偿这3个主要环节进行实验仿真.实验结果表明:姿态解算算法可以准确地估计无人机在飞行中的飞行姿态,并能适时快捷地补偿运动加速度;延时补偿算法能有效地解决定位传感器延时的问题;在气压计输出高度数据不健康时,系统能识别数据的健康状况,并自动融合GPS输出的高度数据.因此本文提出的方法和研究结论对无人机的自主巡线有着重要的工程指导意义.     

无人机多角度倾斜摄影三维重建服务系统研究

如何将海量全景三维数据快速分析决策和业务化,是三维重建服务系统面临的重要课题.无人机多角度倾斜摄影测量技术可以高效快速建立三维场景模型,满足智慧城乡立体空间全方位、高精度、可视化表达需求,而基于WebGIS的三维可视化技术为这一需求提供了高效平台.以农村不动产实体为例,紧密围绕无人机多角度倾斜摄影实景三维模型,采用B/S和Cesium框架,研究三维不动产重建Web服务系统.基于Smart 3D和Visual Studio Code平台,利用Html5+CSS+Javasript,同时采用WebGL渲染技术,为三维不动产模型的浏览、二三维多源数据融合与联动、不动产模型量测与标注、实体分户空间属性查询、场景三维通视和日照模拟分析等问题提供了解决办法.该系统综合展现了无人机倾斜摄影三维智慧化服务能力,提出了不动产三维场景日照模拟,为自然资源与规划部门业务化管理提供了有力的技术支撑.     

某型伸缩机翼无人机的性能分析

由于众多机翼变形方式中,伸缩机翼能提供一种较为简单的一维变形方式,使得在机翼的气动特性发生较大变化时,无人机能获得不同飞行状态下较优的飞行性能.为评估机翼伸缩带来的性能收益,使用雅典娜涡格法程序(AVL)作为气动分析工具,对安装有伸缩翼的某型无人机进行气动分析与性能计算,并研究伸缩机翼变形机构带来的额外增重对性能的影响.分析结果表明:在相同攻角范围下,伸缩机翼的最大升阻比提高36.57％,最大升力系数提高34.85％;伸缩翼无人机的阻力、航时与航程、起飞与着陆距离等性能收益,受变形机构带来的机翼额外增重影响,并且增重量越大,伸缩翼无人机的性能收益越少.     

时差筛选和ABC二次寻优的变压器局放超声定位方法

针对变压器中局部放电源的位置,提出了一种时差筛选(time difference screening,TDS)和人工蜂群(artificial beecolony,ABC)二次寻优的超声定位方法,首先采用广义互相关法估计各传感器接收信号的时差,在此基础上增加基于球面方程组的时差筛选环节剔除掉误差较大的时差。接着根据有效时差组建立空间定位的约束最优化模型并采用ABC算法进行求解,将求解出的若干定位结果进行K-Means聚类分析,最后再次使用ABC算法对距离聚类中心之和最小的点进行寻优,校正误差大的定位结果。仿真结果表明:该文方法相较于传统方法定位误差更小,且现场试验验证定位误差小于5 cm。     

基于局部上下文信息的电力线提取算法

从无人机采集的具有复杂背景的可见光航拍图像中准确提取电力线是极具挑战的任务,因而提出了一种新的基于局部上下文信息的检测算子(detector based on local context information, DLCI)。首先,基于电力线在航拍图像中局部特殊的语义特征设计具有空间对称结构的DLCI算子,并分别定义特征同质性能量函数H_1和特征异质性能量函数H_2,利用H_1和H_2实现对电力线像素点的初步筛选。然后,定义电力线空间局部一致性响应函数H_3实现对电力线像素的提取。最后,采用基于包络线分段拟合(envelope-based piecewise fitting, EPF)算法实现对电力线的拟合。实验结果表明,所提算法在多种航拍场景下均能实现对电力线的准确提取,不仅兼顾建模简单和相对高精度的优点,而且具备一定程度的算法稳定性,具有较高的工程应用价值。