一种基于虚拟导航点的超低空飞行器威胁回避算法研究

为解决超低空飞行器在飞行过程中遇到突发威胁时的自主回避问题,提出了一种基于虚拟导航点的威胁回避算法。此算法以超低空飞行器具备自主探测能力为前提,针对不同威胁的规模和种类可快速生成虚拟导航点,实现对威胁的回避。结合算法设计和模型建立,将算法应用于存在未知威胁情况下的超低空飞行器实时自主飞行中,并进行了仿真。仿真结果表明,该算法理论简单,易于实现,能够有效保证超低空飞行的安全性。     

动态环境下在线航迹规划的滚动优化方法

动态环境下飞行器在线航迹规划问题的难点在于规划方法需要适应飞行环境的动态变化,以及规划快速性与准确性之间的矛盾。在综合分析动态环境下航迹规划问题特点的基础上,提出了一种在线航迹规划的滚动优化方法。采用模型预测控制对指令航迹进行滚动优化。通过引入新的末端惩罚项,构建了一种更能反映未来段航迹偏离程度的性能指标,使飞行器能够对未来段参考航迹的航向变化提前作出反应。相比传统的固定时域的规划方法,规划的快速性和准确性同时得到了提高。仿真结果表明,该方法能够在动态环境下在线生成较精确的指令航迹,引导飞行器以较小的偏差沿参考航迹飞行。     

飞行器多任务在线实时航迹规划

 针对不确定环境中的飞行器多任务航迹规划问题展开研究,提出了一种基于飞行路线图的两阶段航迹规划框架,航迹规划分成学习和查询两个阶段,环境信息和飞行器约束条件分阶段体现。在该框架下,通过采用一种混合多任务动态航迹规划方法,分别在稀疏路线图上实时搜索初始航迹和在精细路线图上启发式搜索后备航迹,能够在具有预先未知威胁、可变飞行任务的战场环境中实时生成三维航迹。     

复杂环境下微小飞行器惯性/激光雷达Robust-SLAM方法

针对微小型飞行器在巡检、探测和地图构建等应用中关键的自主导航技术,提出了一种基于惯性辅助的激光雷达Robust-SLAM方法用于微小型飞行器自主导航。相对于传统的激光雷达SLAM方法,该方法在SLAM框架中引入了感知环境突变检测方法,并且加强了惯性与SLAM的组合程度,有效地解决了高程方向感知环境发生突变时激光雷达SLAM定位误差大的问题。室内车库实际飞行实验结果表明,该方法能够实现微小型飞行器在三维空间中实时可靠的自主导航,具有较好的工程应用价值。     

航迹规划中安全走廊及参考轨迹的确定

确定安全走廊和参数轨迹是利用分层规划思想进行航迹规划时首先要解决的问题。综合考虑飞行任务,导航精度,飞行器性能等因素,利用数字地图,用动态规划方法确定了飞行器的安全走廓和参考航线。最后利用模糊数字地形进行了仿真验证。     

突发威胁下的航迹规划问题研究

提出采用一种结合三角网格退化、变域动态规划以及航迹优化的方法来解决突发威胁下的航迹规划问题。针对无人飞行器航迹规划中应对突发威胁存在时间延迟过长问题,采用一种速度较快的退化网格方法,有效提高了重规划的速率。在动态规划中,采用一种有向变域动态规划方法,进一步缩短了路径生成的时间。仿真结果显示,该方法能有效减少时间延迟过长问题,并满足地形回避和威胁回避的要求。     

可重复使用飞行器导航制导控制技术展望

针对当前可重复使用飞行器的发展现状,总结了其特点、优势和发展趋势.通过飞行任务,分析了可重复使用飞行器所面临的复杂环境特性和飞行控制特性.从飞行控制角度出发,概括了可重复使用飞行器导航制导控制所面临的技术挑战,包括高精度导航技术、多约束航迹优化技术、再入段和能量管理段的制导技术以及强耦合强不确定强鲁棒姿态控制技术等.最后,针对技术挑战,对可重复使用飞行器导航制导控制技术提出了若干建议.     

微小型飞行器惯性组合姿态确定与航路导航研究

构建了微小型飞行器(MAV)导航、制导与控制(GNC)系统。研究了微惯性导航测量单元零偏的温度建模及非正交误差的多位置标定补偿方法,提出微小型飞行器导航、制导与控制系统闭环条件下,利用导航、制导与控制回路的飞行状态特征信息的微惯性组合导航系统滤波算法,根据微小型飞行器飞行状态实时调整卡尔曼滤波器的观测噪声方差,有效提高了动态过程中姿态测量精度和微小型飞行器的飞行平稳度。完成了组合导航系统滤波算法验证飞行试验及自主姿态稳定和航路飞行试验。飞行试验表明:微小型飞行器实现了自主姿态稳定与长距离超视距航路点导航飞行,航路点导航误差小于30 m,惯性组合姿态确定与航路导航系统及算法满足微小型飞行器自主飞行对导航系统的需求。     

基于低可探测性的参考航迹规划

根据分层规划思想,确定参考航迹是进行航迹规划时首先要解决的问题。在充分考虑雷达探测的各种环境因素及飞行器RCS方位分布特性的基础上,将雷达对目标发现概率作为参考航迹的一个重要评价指标,基于自适应进化算法,采用新的遗传算子,最终生成综合考虑雷达威胁和飞行距离的参考航迹。结果表明,该航迹规划模型能根据对低可探测性和航程的不...     

基于STK的空天飞行器全程航迹模拟仿真研究

准确模拟空天飞行器的飞行航迹,是验证空天飞行器导航算法正确性、研究导航系统性能的重要前提和基础.为对空天飞行器的全程飞行航迹进行模拟仿真,提出了利用动力学软件设计出高可信度、高精度动态飞行航迹的方法.针对空天飞行器发射段、在轨段、灵活变轨段、高速再入段4个不同飞行阶段,分别使用了STK软件中的运载火箭、卫星以及飞机模型,并结合空天飞行器不同阶段的运动特性设置了模型的相关参数,实现了空天飞行器的全程分段航迹模拟.利用获得的STK数据报告对空天飞行器进行了惯性导航系统仿真,仿真验证结果表明,STK设计的航迹能有效满足导航系统的仿真要求.     

Robotic Air Vehicle: A Pilot's Perspective

This paper focuses on concepts and technologies required to develop a robotic air vehicle (RAV). A vehicle of this type has the capability to be a launch and forget weapon system. The authors are engineers and pilots so they view both the technical approach and piloting issues with equal importance. RAV must have the machine intelligence to make decisions within the mission and battlefield constraints. This requires a piloting expert system and route planner to perform passive terrain following, terrain avoidance, obstacle avoidance, and autonomous navigation based on low cost sensor inputs such as a multifunction FLIR, digital terrain map, and directional reference systems. RAV is a cost effective way to fight in a threat environment where aircrew loss rates would be unacceptable. RAV provides the Air Force a means to expand its combat capabilities.     

Synergism of binocular and motion stereo for passive ranging

Range measurements to objects in the world relative to mobile platforms such as ground or air vehicles are critical for visually aided navigation and obstacle detection/avoidance. An approach is presented that consists of a synergistic combination of two types of passive ranging method: binocular stereo and motion stereo. We show a new way to model the errors in binocular and motion stereo in conjunction with an inertial navigation system (INS) and derive the appropriate Kalman filter to refine the estimates from these two stereo ranging techniques. We present results using laboratory images that show that refined estimates can be optimally combined to give range values which are more accurate than any one of the individual estimates from binocular and motion stereo. By incorporating a blending filter, the approach has the potential of providing accurate, dense range measurements for all the pixels in the field of view (FOV)     

基于单目视觉的机器人避障方法研究

避障问题一直是机器人领域研究的热点和重点。设计一种基于单目视觉的避障系统,能够同时检测机器人正前方和两侧的障碍物,且对低纹理障碍物同样具有效果。该系统采用特征尺度检测器完成机器人视野正前方障碍物的检测,对于视野两侧的障碍物运用光流平衡策略进行规避,而对于低纹理的障碍物则利用图像熵的方法进行检测。整个系统在地面移动机器人上进行了测试,实验结果表明,该方法能在复杂的环境下可靠地完成机器人的避障任务。     

A newly bio-inspired path planning algorithm for autonomous obstacle avoidance of UAV

In this paper, a bio-inspired path planning algorithm in 3D space is proposed. The algorithm imitates the basic mechanisms of plant growth, including phototropism, negative geotropism and branching. The algorithm proposed in this paper solves the dynamic obstacle avoidance path planning problem of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in the case of unknown environment maps. Compared with other path planning algorithms, the algorithm has the advantages of fast path planning speed and fewer route points, and can achieve the effect of low delay real-time path planning. The feasibility of the algorithm is verified in the Gazebo simulator based on the Robot Operating System (ROS) platform. Finally, an actual UAV autonomous obstacle avoidance path planning experimental platform is built, and a UAV obstacle avoidance path planning flight test is carried out based on this actual environment.     

考虑UAV性能约束的变速度自主避障算法研究

动态不确定环境下,为有效地提升UAV执行任务的安全性和可靠性,在UAV自主避障过程中考虑了自身的性能约束条件.在速度障碍圆弧法的基础上,考虑UAV的法向和纵向加速度约束范围,研究了速度障碍圆弧随速度矢量变化的规律,提出了一种考虑UAV性能约束的变速度自主避障算法.该算法在考虑自身性能约束条件下,为实现UAV对威胁障碍的避碰提供了更大的避碰裕度.最后,对考虑UAV性能约束的变速度自主避障算法进行了验证,仿真结果证明了算法的有效性和可行性.     

复杂环境下多无人机轨迹姿态协同控制

考虑多无人机在实际飞行过程中的避障需求，在建立面向控制的四旋翼无人机轨迹姿态模型基础上，为克服传统多无人机为每架无人机规划轨迹的不足，研究了基于多无人机中心点的轨迹设计策略。进一步，考虑避障约束，基于半定规划进行迭代区域扩张完成了多无人机的安全飞行区域及队形设计。在此基础上，基于干扰补偿策略为每架无人机设计了协同控制器，最终确保了多无人机在多障碍环境下的安全飞行。     

星际着陆自主障碍检测与规避技术

 为了在具有科学价值的复杂地形区域实现安全着陆,未来的星际着陆器必须具备自主障碍检测与规避的能力。从星际着陆导航传感器技术、自主障碍检测方法和自主障碍规避技术3个方面出发,对星际着陆自主障碍检测与规避技术进行较全面的分析和总结。首先,对适用于星际着陆自主障碍检测的各种主动式和被动式传感器的工作原理、优缺点进行较深入的阐述;接着,基于不同传感器的测量信息,对各种自主障碍检测方法的障碍检测能力、优缺点进行较详细的对比分析;然后,基于多信息融合的自主障碍检测方法,对安全着陆点选择的原则进行阐述;最后,对星际着陆自主障碍规避流程和适用于星际着陆自主障碍规避的制导控制方法进行较系统的总结。     

大视场紧凑型仿生复眼成像系统研究

针对视觉导航系统对小型化、超分辨成像和近程立体视觉的需求,研究了一种基于微端面光纤面板的大视场紧凑型仿生复眼成像系统。利用视轴发散的微小型透镜组进行大视场成像,并以切削斜端面的光纤面板进行图像传输,将大面阵(5120×5120像素)CMOS相机与光纤面板后端面直接耦合实现图像输出,可实现9个视场部分重叠子孔径图像同步实时输出和采集。在实时化拼接处理中,利用CUDA并行加速方法进行图像拼接,单帧的拼接耗时小于30ms。视场部分重叠复眼成像模式还可配置偏振片或滤光片构成全偏振或多光谱成像,在天空偏振光导航、无人机紧急避障、弹载侦察、近程引信以及水下无人潜航器导航等领域具有广泛的应用前景。     

航空数据库适航审定政策研究

航空数据库（Aeronautical Database）作为实现航空器导航、避障和指引功能的重要部分，其数据结 构遵循特定格式的标准。航空数据库的质量将直接影响到航空器的运行安全。当前民航适航体系针对原始数据 及后续处理过程的质量体系的审定缺乏实际经验，给机载设备和飞机运行的适航性带了挑战。本文首先介绍当 前世界范围内航空数据库适航管理的办法及技术标准，再结合当前国内航空数据库的审定的现状，提出一种可 行的中国航空数据库适航审定的政策建议，供国内各类航空数据库的研制单位及审查方参考。