无人机系统技术发展趋势

本文综述了无人机系统特点及其技术发展趋势，讨论了无人机机载无人驾驶的内在技术内涵，重点分析了长航时无人机、微型无人机、无人战斗机等三类无人机系统的关键技术内容和研究方向。     

作战无人机的发展与展望

根据无人机技术的发展和未来战争的特征．从战争牵引和技术推动两方面，论述了作战无人机的发展动力，总结了作战无人机的通用化、系列化和由先进技术概念演示验证进行中间成果转化的发展模式。针对目前已有的几种作战无人机．分析了侦察型无人机、攻击型无人机、微型无人机、垂直／短距起降无人机、无人作战平台等的设计特点和技术难点。根据元人机研究现状和发展趋势，提出了发展作战无人机需要的支撑技术。     

轻小型太阳能/氢能无人机发展综述

轻小型无人机（UAV）在军民领域都有着广泛的用途，电动无人机由于其振动低、无污染、无排放等优势，已经成为无人机领域的发展热点。为了提高轻小型电动无人机的航时，清洁、高能量密度的太阳能和氢能成为非常可行的技术途径之一。本文总结了轻小型太阳能、氢能无人机的发展历程；梳理了相关的关键技术，并对太阳能、氢能无人机的总体设计方法和能源动力系统的发展进行了较为深入的探讨；最后，展望了该类无人机的发展趋势，并对所面临的挑战进行了预测。     

支持无人机设计的全寿命周期成本建模技术研究

在无人机设计阶段对相关成本进行分析评估，引入按费用设计理念，对于控制无人机装备指标参数与复杂程度、鉴别高费用设计、修正设计进程、提高标准化程度，进而降低全寿命周期费用，实现技术与经济的最佳匹配，达到最优效费比，将起到极其重要的作用。本文分析了一种无人机全寿命周期成本估算框架，研究了无人机全寿命周期成本体系架构，提出了无人机飞机平台全寿命周期成本估算模型，将该模型在某型无人机上进行验证，可以用于无人机研制过程中的设计方案权衡分析和基于成本的设计优化。     

面向任务需求的模块化无人机配置方法

为了实现成本约束下面向任务需求的模块化无人机（UAVs）高效配置，基于无人机需求集和模块备选元素集，构建了任务需求与模块备选元素之间的关联矩阵；以无人机总体成本为约束条件，建立了需求满意度评价模型，引入了改进粒子群算法以获得无人机专用模块的最优配置方案，并通过算例与其他2种优化算法对比，验证了本文优化算法的有效性，进而提出了一种面向模块化无人机的配置方法。以某任务场景为例，在预定成本约束下构建了3型无人机的模块配置方案，并与文献中的单兵无人机参数配置进行对比，验证了配置方案的合理性。结合不同配置方案的成本计算结果表明，提出的模块化无人机配置方法能够实现无人机性能、成本与多种任务用途需求的协同匹配。在此基础之上，开展了模块化无人机多个配置方案单体成本、面向任务运用成本的对比分析，探讨了无人机配置参数对其单机及集群运用成本的影响规律，间接验证了本文算法对无人机单机及集群运用成本控制的支撑作用。     

面向林火持续侦察的多无人机分布式控制方法

为解决目前面向林火持续侦察多无人机（UAV）协同控制实用性与自主性不足的问题，基于蔓延速度诱导元胞自动机（SVICA）林火蔓延算法、无人机与传感器建模，构建了较为真实的三维多无人机火场侦察仿真环境与侦察效能指标，提出了一种面向林火持续侦察的多无人机双层分布式控制架构，在行动层基于强化学习训练的人工神经网络（ANN），实现了有风条件下无人机自主火场环绕与地形跟随功能，在策略层设计通过时域均匀分布算法进行各无人机空速的离散自主调节，最终达到多无人机林火持续侦察时域分布的均匀性与即时性目的。通过一系列数值仿真实验，验证了所提出的无人机分布控制策略在无人机损失和补充突发情况下的自适应性。基于无人机数量与侦察效能指标关系的实验与研究，定义了无人机出动阈值并验证了无人机长时间出动回收策略。最终实验结果表明，针对林火持续侦察任务，所提出的多无人机分布式控制方法具备一定的有效性与实用性。     

一种基于信息素图的无人机高效通信覆盖方法

因无人机灵活性强，覆盖效果好，越来越多的实际情境中选择借助多无人机进行高效的通信覆盖。而实际应用中，对于多无人机系统灵活性、低时延、长续航及安全性的要求需重点考量。为提高无人机持续通信覆盖效果，在无人机相对稀疏这一具体情况下，提出了一种基于信息素图的、限制无人机转弯半径的分布式无人机自主规划通信覆盖方法，保证其灵活性、低时延及长续航的性能；通过引入锚节点，设计了信息素向导信息的交互模型，保证了无人机的安全性。该方法在待覆盖区域最大接入时间间隔方面远优于半随机择取航向的方式，同时平均接入时间间隔下降约15%;对比无地理价值描述的普通信息素图，该方法的平均接入时间间隔与最大接入时间间隔均下降约6%。通过无人机间的解耦，避免了分布式方法面临的无人机间异步问题。     

集群无人机队形重构及虚拟仿真验证

队形重构是集群无人机（UAV）控制的重要问题，指无人机按照要求安全、无碰撞地从一个队形变换到另一个队形，其难点在于快速规划最优安全轨迹并控制无人机进行轨迹姿态的高精度跟踪。针对集群无人机队形重构的上述问题，首先，基于CAPT（Concurrent Assignment and Planning of Trajectories）算法，解决了多无人机的目标分配和轨迹生成的实时性问题，实现了集群无人机的最优安全路径规划；其次，提出一种有限时间多变量积分滑模连续控制算法，解决了无人机轨迹姿态的高精度跟踪问题，并通过MATLAB仿真验证了该控制算法的有效性；最后，为了更加真实直观地演示无人机三维仿真效果，建立了基于Gazebo-ROS的无人机仿真平台，实现了12架四旋翼无人机队形重构"建模-仿真-可视化"的一体化仿真演示，验证了上述路径规划算法和轨迹姿态控制算法的有效性。     

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。     

民用轻小型无人机碰撞安全特性研究进展

民用轻小型无人机碰撞伤人、干扰甚至碰撞民航飞机的事件频发，使得其碰撞安全问题成为各国学者研究的热点技术之一。本文分析了轻小型无人机运营中的碰撞安全风险诱因，从无人机碰撞民航飞机和碰撞人员2类场景出发，阐述了轻小型无人机碰撞安全分析方法和试验方法的研究概况，以及典型的无人机碰撞安全准则及损伤分级方法。最后，对轻小型无人机碰撞安全技术研究的发展进行了展望。