基于动态流体扰动原理的三维滚动航路规划

针对复杂环境中存在运动目标、移动威胁与突发威胁等多种情况,将动态流体扰动算法与滚动优化策略相结合,进行无人机(UAV)三维动态航路规划.基于移动目标运动信息与威胁运动信息引入相对初始流场,用扰动矩阵量化表示障碍物或威胁对相对初始流场的扰动影响,计算相对扰动流场,进而得到实际流场流线即无人机规划航路.充分利用实时环境信息,综合考虑未来运动态势,在有限时域内采用动态流体扰动算法规划出可选航路,然后构建目标函数,滚动优化反应系数,实现在线航路规划.仿真结果表明,该算法能较好地适用于复杂动态环境.      

三维真实地形环境下无人机救援航路规划方法

利用无人机(UAV)的三维飞行能力,采用优化方法规划路径,能够使其在救援任务中比地面车辆以更短的时间到达救援区域,提高救援效率.针对真实的地理环境,根据无人机约束采用均匀化网格方法进行地形建模,之后根据地形数据的特点设计适合数学计算与求解的数据结构.最后设计了包含偏离代价、高度代价、地形跟随/回避代价、威胁代价和安全距离代价的综合性能指标函数,并采用航路点交叉和网格搜索代替航路点搜索的方法,对蚁群算法进行改进完成航路规划.仿真结果表明:本文方法能够直接处理三维地形数据,在保持地貌的前提下,完成了无人机的三维航路规划任务,得到满足无人机约束的三维最优航路,提高了航路规划方法的实用价值.      

空基伪卫星组网部署的航路规划算法

针对以临近空间飞艇为平台的空基伪卫星组网问题,提出了一种空基伪卫星从初始位置到目标位置进行组网部署的航路规划算法。首先,通过梳理空基伪卫星组网的性能指标,设计了基于距离和几何精度因子（GDOP）的航路规划代价函数;然后,对航路规划的约束条件进行了分析,在稀疏A*算法的基础上,设计了距离代价和GDOP代价权重可自适应调整的空基伪卫星航路规划算法,并对规划出的航路采用Dubins曲线进行平滑;最后,通过仿真实验,对提出的航路规划算法进行了验证。仿真实验结果表明,航路规划算法在GDOP较恶劣的情况下,能够有效地在后续的航路规划中降低GDOP代价,提高用户定位精度;而在GDOP较为良好时,则可以增加距离代价的权重,在航路规划时使伪卫星尽快向目标位置收敛,减少时间消耗。      

面向地面运动目标的无人机协同航迹规划

由于现有无人机协同航迹规划主要局限于固定目标,提出了一种面向地面运动目标的无人机协同航迹规划方法.给出面向地面运动目标的无人机协同航迹规划总体方案;采用按时间推进的自规划与同步规划交替进行的协同规划机制,满足协同信息交互存在时间间隔的约束;在规划中将无人机运动与地面目标运动结合并构造适合于地面运动目标的启发函数,利用启发式搜索算法快速生成航迹段;采用分布计算协同变量的方法降低了协同计算量.仿真结果表明该方法可以使无人机通过信息交互和自主分布计算快速生成面向地面运动目标的三维协同航迹,且满足规划的实时性要求.     

基于拟态电势能的飞行器航路规划方法

航路规划是现代各类飞行器,特别是无人机（UAV）安全飞行和完成任务的关键要素。对于复杂威胁环境和高维空间的航路规划问题,传统规划方法在规划速度、航路安全性、算法适用性等方面存在一定的应用局限。分析了电荷在电场中移动引起电势能变化的特点规律及电势场分布特性,模拟电势场理论对飞行环境进行威胁建模,建立基于电势威胁场引导的航路节点概率选择机制及安全性评价准则。在此基础上,构建基于拟态电势能的随机采点扩展式航路规划方法。通过与传统航路规划方法的对比仿真实验表明,运用拟态电势能进行航路规划,能够显著缩短路径长度和计算时间,提高规划航路的安全性,对于航路规划的应用很有价值。      

基于事件触发的多机编队目标跟踪控制

为解决多机编队目标跟踪过程中存在的机间通信和控制更新频繁的问题，提出了一种具有事件触发机制的多机编队目标跟踪控制算法。首先，给出了一种具有事件触发策略的编队队形描述与目标跟踪一体化算法，简化了算法设计的复杂度，并使触发机制的工作过程更加直观；其次，给出了分布式目标跟踪控制律，并仅利用状态估计信息设计了事件触发函数，使无人机间通信与控制更新问题转换为判别触发函数的取值问题，同时设计了最小触发间隔系数，避免了可能存在的"Zeno行为"；最后，以编队不同的运动模式对算法进行了仿真验证。研究结果表明:所提算法能使无人机编队在机间通信与控制更新次数明显减少的情况下跟踪上目标。      

未知区域中四旋翼无人机集群协同搜索与围捕算法

四旋翼无人机集群可以被用来进行区域侦察,以建立对环境与兴趣目标的认知。为四旋翼无人机集群提出一种分布式协同搜索算法和动态目标包围技术，以解决在未探测区域定位和监测目标中所遇到的挑战。为降低所提算法的复杂度，通过栅格划分方法将任务区域划分为2级栅格子区域。考虑到动态目标的随机性，设计一种数字信息素来引导多无人机对任务区域进行2次搜索，并以快速搜索到目标为奖励函数，通过滚动优化决策得到最优解作为无人机的输入。然后，基于一致性协议设计一种多无人机协同跟踪与围捕协议，以获取动态目标的实时信息。数个仿真结果与室外飞行实验验证了所提算法能够使四旋翼无人机对未知区域中动态目标进行有效搜索与动态监视。     

复杂交通场景中多运动目标分割算法

针对室外复杂交通场景中多运动目标分割问题,提出了一种由变化检测和运动分割组成的算法,利用水平集算法对帧差图像进行变化检测得到运动窗口,在运动窗口范围内进行改进的k-均值聚类分割,利用运动相似性进行分割区域融合.算法避免了整个图像的分割,减少了运算量,完整的分割出运动目标.试验结果表明,算法不仅能从复杂交通场景图像序列中有效的检测和提取出运动目标并有很强的鲁棒性,而且能够解决运动目标的遮挡问题.      

基于图像骨架和贪婪算法的无人机航路规划

针对无人机在执行低空突防任务时最大生存概率以及自身飞行约束的要求,对传统的人工势场法进行改进,提出基于图像骨架和贪婪算法的航路规划方法.对可飞区域提取图像骨架生成赋权图,采用Dijkstra方法搜索最小代价路径实现航路初规划;提出了曲率可控的贪婪算法对初规划结果进行优化,使最终的路径同时满足最小转弯半径和最短航程的要求.仿真结果表明该方法是一种有效的航路规划方法.     

基于运动模型的低空非合作无人机目标识别

为保障低空安全,在利用雷达数据探测无人机目标的同时剔除飞鸟等虚警信息,提出了一种基于运动模型的低空非合作无人机目标识别方法,作为已有目标跟踪方法应用的拓展。首先,建立多种运动模型模拟无人机和飞鸟目标运动;然后,基于多种运动模型进行目标跟踪,并估计各种运动模型的出现概率;最后,以各种运动模型在连续时间内出现概率的方差均值来度量目标运动模型的转换频率。通过对仿真数据和机场低空监视雷达实测数据的处理,所提方法能够在杂波环境中跟踪无人机目标并剔除飞鸟目标,进一步验证了其有效性和实用性。      

面向多威胁的无人机智能目标跟随策略设计

随着无人机(UAV)一体化作战的不断发展,无人机在搜索到运动目标之后,需要立即转入跟随模式,考虑到战场环境的复杂性,研究了在多个威胁源条件下无人机跟随运动目标的问题,为了保证无人机的安全性以及跟随目标的精确性,提出了一种基于决策树的无人机智能目标跟随策略。首先对威胁概率图(TPM)进行建模;然后采用几何图法及任务优先级生成不同的规则,建立相应的决策树,并设计了不同规则下无人机飞行航向及速度指令;最后通过仿真验证所提出的智能目标跟随策略的有效性。      

电力场景下基于无人机视觉的运动目标追踪方法

随着人工智能技术的发展,面向电力系统的运动目标追踪技术逐渐得到关注,现有方法虽有一定成效,但是大多基于固定摄像头的监控视频录制,不能灵活追踪运动目标,当运动目标离开摄像头视野时,存在运动目标丢失问题。为此,利用无人机设备,并基于深度学习和核相关滤波技术,提出了一个电力场景下基于无人机视觉的运动目标追踪方法（MTTS_UAV）。所提方法采用改进的目标追踪方法与目标检测方法相结合的方式来追踪运动目标隐患,并引入2种无人机飞行控制模块:启发式和数据驱动式,使得无人机的飞行速度和方向可以根据目标移动情况自适应地调节。在真实变电站的安全帽人员数据集上进行了大量实验,对所提方法的追踪效果进行评估,结果表明:所提方法在真实数据集上的平均像素误差（APE）和平均重叠率（AOR）分别可达到2.37和0.67,验证了方法的有效性。      

复杂威胁环境下无人机实时航线规划逻辑架构

面向高对抗、强拒止的战场环境，实时航线规划是确保无人机（UAV）完成作战任务并提高自身生存概率的重要保障。为使无人机在面临不同程度的复杂威胁环境时能够选择合适的实时航线规划模式，提出了一种基于模糊推理机制的无人机实时航线规划逻辑架构。首先，对实时航线规划模式进行分类，从自主性的角度，重新划分人机权限分配等级，建立了实时航线规划模式与人机权限之间的联系；其次，针对典型观察—判断—决策—行动（OODA）循环存在“信任危机”的风险，构建了一种基于可变自主的实时航线规划体系架构，并对其逻辑进行了说明；最后，利用模糊推理机制实现了无人机系统动态人机权限分配，通过评判人机权限分配等级，进而确定实时航线规划模式。仿真结果表明:验证了实时航线规划逻辑架构的合理性和可变自主方法的有效性；经过综合分析，实时航线规划模式决策结果也比较符合实际作战需求；与模糊综合评价法相比，所提方法降低了人的主观性、实用性更强，得出的结果更加令人信服。      

同步式GPS欺骗干扰信号生成技术研究与设计

出于对"低、慢、小"无人机进行导航定位诱骗的实际需求，在实验室原有的异步生成式GPS欺骗干扰源的基础上，研制了一种小型化的同步生成式GPS欺骗干扰源。首先，在异步生成式GPS欺骗干扰源射频信号模型的基础上，考虑到干扰源信号处理延时、欺骗信号的传播延时、无人机上目标接收机所接收真实卫星信号状态以及无人机运动模型，建立了对同步欺骗信号仿真时间和状态参数进行精确计算的数学模型。其次，通过本地授时型接收机提供驯服后的基准时钟和秒脉冲（1PPS）信号，实现欺骗干扰信号与真实卫星信号系统时的同步，并通过高阶直接数字频率合成（DDS）技术精确控制信号参数、保证欺骗信号到达目标接收机接收天线相位中心时与真实信号的相位状态在成功诱骗所允许的误差范围之内。最后，通过商用接收机和无人机进行了实验验证，在无人机上目标接收机正常跟踪真实卫星信号的前提下，开启同步生成式GPS欺骗干扰源发射欺骗信号，能够使目标接收机逐渐偏离正常定位测速结果而产生受控的定位测速结果。结果验证了同步信号模型和所设计同步信号生成电路的正确性，且表明同步生成式GPS欺骗干扰源能够实现对商用接收机和无人机导航定位的诱骗。      

未知环境下移动机器人单目视觉导航算法

提出了一种未知环境下移动机器人单目视觉导航算法,算法包括障碍物检测、单目视觉测距和局部路径规划3部分.为减小光照等环境因素对基于特征的障碍物检测的影响,对彩色图像在HSI颜色空间中用基于像素的直方图比较进行分割,获取障碍物轮廓序列的图像坐标点集.在单目视觉测距中,通过几何关系推导法建立图像坐标系和机器人坐标系间的变换关系,进而实现由障碍物图像位置计算其与机器人间的实际距离.局部路径规划对摄像机梯形视场区域转换后的矩形区域建立模型划分栅格,由障碍物轮廓序列图像坐标和单目视觉测距计算构建障碍物栅格图,并用提出的栅格搜索算法搜索障碍物栅格图,得到机器人安全行驶路径.实际环境中进行的实验结果表明,算法能有效减小反光、阴影等的影响,在未知环境中正确规划出机器人局部可行路径实现导航.      

动背景中高速掠过点目标的双窗口捕捉算法

为解决动背景下高速掠过点目标的实时探测问题,探讨了一种新的算法：首先采用基于帧间差分向量一阶范数的目标检测算法对图象进行预处理,实现大面积背景抑制,提取可疑目标点;然后,对提取的可疑目标点采用双窗口搜索算法捕捉运动点目标。该算法简单,运算量小,易于实现。实验结果验证了算法的有效性。     

异构多无人机协同目标跟踪分散化最优控制

针对主被动传感器协同目标跟踪需要,考虑到可扩展性、异构性和动态可重构性等特点,建立了适于不同测量类型和不同测量维数的异构多传感器分散化信息融合算法.以极大化信息融合所得到的信息熵及无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicles)观测信息质量为效能函数,建立了异构多UAV协同目标跟踪的分散化最优控制代价函数以及通信、防撞和控制等约束模型.实现了多UAV协同目标跟踪的分散化模型预测控制,并分析了通讯噪声等因素对分散化信息融合和协同控制的影响.