无人直升机自主着舰系统设计及仿真试验

设计了一套包含视觉目标识别单元、目标跟踪器、甲板状态跟踪器和模糊逻辑控制的无人直升机自主着舰系统.视觉系统通过对采集的图像预处理提取出可能的甲板标识区域,然后对此区域计算其仿射不变矩特征集合,对得到的特征集经过模糊识别技术实现对甲板降落区域的识别,并根据矩特征集计算出甲板运动状态信息.目标跟踪器采用了卡尔曼滤波技术,在目标二阶运动方程的基础上设计了跟踪算法.甲板运动状态跟踪器用于在无人直升机的降落期间实现对甲板尤其是触舰瞬间甲板的纵摇、横摇及浮沉状态的预测,该跟踪器采用了改进的卡尔曼多步预测算法.设计了基于模糊逻辑的比例积分控制器,由多个并行的对特定任务实施控制的子控制行为构成.仿真试验结果验证了所提出的算法.在仿真试验中,无人直升机能够正确的识别甲板目标区域,实现了对运动舰船在二维水平面内的跟踪,甲板状态跟踪器能够预测未来1~5个周期内甲板状态,控制器基于目标信息和甲板状态能够正确地引导无人直升机实现安全着舰.     

无人直升机自主着舰的计算机视觉算法

通过理论分析和计算机半实物仿真研究了一种应用于无人直升机自主着舰的计算机视觉系统及相关计算机视觉技术.从工程实践的角度研究了计算机视觉技术在无人直升机自主着舰过程中的应用,并提出了可靠实用的一系列算法.通过精心设计,整套算法达到了无人直升机自主着舰的实时性和实用性要求,为工程样机的研制做好了理论上的准备.     

无人飞行器自主着舰实时场景的仿真实现

为给垂直起降无人飞行器视觉自主着舰算法研究提供经济可行的解决方案,实现了无人机自主着舰场景的软件仿真以提供算法研究中所需的合格场景图片.基于机器视觉理论,通过分析无人飞行器机载摄像机在自主着舰时考虑了透镜畸变参数的针孔成像模型,给出了无人飞行器着舰靶标的成像公式,并介绍了软件仿真中畸变模型实现时出现的问题及解决办法.为了使仿真图像更逼真,综合考虑了无人飞行器着舰实时场景中所存在的主要干扰,如光照不匀,运动拖影及电气噪声和大气流动和海面悬浮颗粒造成的白噪声等,在C+ +和Windows环境下实现了无人飞行器自主着舰的仿真图像和数据的实时生成.最后展示了部分仿真结果.     

环境特性对无人直升机着舰控制的影响

空气流场和海浪是无人直升机着舰控制中关键的环境因素。从工程实现的角度研究了空气流场和海浪特性及对着舰控制的主要影响,提出了无人直升机在着舰控制中克服其不利影响的主要措施,供研究和使用者参考。     

基于仿真模型的短距起飞性能优化

短距起飞较垂直起飞可有效提升各类特种飞行器的有效载荷与起降安全性,因此具有重要意义.基于纵向飞行力学模型,针对某小型无人倾转旋翼飞机建立其短距起飞仿真模型,以起飞距离为目标函数,对操纵变量采用遗传算法进行优化.优化结果表明,存在一定的升降舵操纵策略使得起飞距离最小化;起飞采用固定的短舱倾转角与起飞质量存在一定的最佳匹配关系;起飞过程中对动力短舱倾转角进行合理操纵则能进一步缩短起飞距离.考虑到仿真模型与优化问题在数学上的普适性,该方法适用于包括传统固定翼飞机和直升机的其他类飞行器的短距起飞性能优化.      

突破传统——V-22“鱼鹰”式多用途垂直起降飞机

直升机可以垂直起降，其运输量可以很大，但飞不快。螺旋桨飞机耗油方面比喷气式节省，速度也不慢，但需要较长的场地起降。能否把这两方面的长处结合起来呢?这对于短程直接支援前线的军用运输机来说是最理想不过了。为达到这一要求，把螺旋桨包括发动机，在起飞降落阶段转90度垂直向上是最直接了当的解决方案。但人们为实现这个想法，差不多耗费了40年的时光，     

强气流扰动下无人直升机自主导航技术发展与展望

无人直升机在低空、山区、海面飞行时，极易受到危及其飞行安全的强气流干扰，提高强气流扰动下无人直升机的自主导航性能对于其飞行安全具有极其重要的意义.本文对强气流扰动下无人直升机自主导航技术的发展过程、现状和趋势进行总结展望.文章在阐述无人直升机相关概念的基础上，分析了影响无人直升机导航性能的强气流扰动特性和建模方法，说明了强气流扰动对无人直升机及其导航系统的影响情况，基于无人直升机导航系统总结了对强气流扰动进行测量、估计的方法，并根据研究现状展望了未来强气流扰动下无人直升机的自主导航研究发展趋势.对无人直升机自主导航中强气流扰动的有效解决能够有助于提高直升机在复杂环境下的飞行和导航性能，促进我国无人直升机自主导航技术的发展.     

无人直升机多天线通信信道建模及性能分析

在单天线航空信道模型的基础上,提出了一种无人直升机多天线通信信道的统计模型.分析了信道的时延扩展、多普勒扩展和角度扩展特性,研究了机身对天线的遮挡效应及多天线信号之间的干涉问题.根据模型特点建立了一种准确有效的仿真模型,给出了延迟功率谱、空间相关性、多普勒功率谱和机身遮挡效应的仿真方法.利用该模型在途中飞行、任务区盘旋和起飞/降落这3种飞行状态下对单天线和多天线信道的误码性能进行了对比仿真分析,验证了差分空时编码在无人直升机多天线通信系统中的良好性能.该模型可用于无人直升机多天线通信系统的调制和编码技术研究.     

无人直升机自主着舰的计算机视觉技术

采用自主设计特征图案的方法,研究了一种基于视觉导引实现无人直升机自主着舰的快速算法.分析了制约位姿参数估计实时性的瓶颈,提出了一种基于信息分块的图像处理方法.引入选择性坐标变换的方法,获取图像处理的理想区域;采用直线方向粗识别的途径,确定参数区间,缩小了直线hough变换遍历空间,减小了底层图像处理的运算量.对真实图像的测试结果表明:对于768像素×576像素大小的图像帧,完成目标检测和位姿参数识别任务耗时小于30 ms,实现了视频流的实时处理;等效直升机与舰船相距10 m时,位置参数的均方根(RMS, Root Mean Square)误差在 2 cm内,姿态参数的RMS误差小于1.5°.算法能够满足自主着舰控制的实时性和实用性要求.      

NASA机智号火星无人直升机成功首飞，创造人类航天又一里程碑

正机智号(Ingenuity)是美国国家航空航天局(NASA)研制的一架火星无人直升机,于2021年2月18日搭乘毅力号(Perseverance)火星车登陆火星。4月4日,机智号顺利从毅力号腹部释放到火星表面,然后独自经历了火星夜晚-90℃的严寒考验。4月19日,机智号无人直升机成功完成了在火星上的首次飞行,并成功降落在火星莱特兄弟机场。这是人造航空器首次在另一个行星上受控飞行,其主要用途不是进行科学考察,     

小型混合翼无人机过渡过程一体化建模与控制

混合翼垂直起降无人机解决了普通固定翼无人机无法垂直起降以及旋翼无人机航时航程小的问题。针对旋翼与固定翼结合的混合翼可垂直起降无人机系统,将过渡过程中旋翼部分和固定翼部分进行一体化结合,推导了混合翼无人机过渡过程非线性动力学方程组。通过对得到的无人机纵向气动模型进行稳定性分析,设计了基于采用LQR(Linear Quadratic Regulator)的增益调度跟踪控制器。结果表明设计的控制器能使无人机状态进行良好的跟踪。     

飞翼布局飞机侧风起降特性

飞翼布局飞机的动态特性与常规飞机相差较大,在侧风起降过程中呈现出新的运动特性。对侧风起降过程中飞翼布局飞机的配平特性与响应特性进行了计算与分析,掌握了其区别于常规飞机的特点,侧风对飞翼布局飞机起降安全影响最严重为侧翻效应;结合新型操纵舵面的操纵特性与使用特性,对飞翼布局飞机起降阶段的效能需求开展了分析;通过对常用的侧风操纵策略进行了仿真计算与对比分析,提出了适用于飞翼布局飞机的侧风起降操纵策略。     

光流控制地形跟随与自动着陆

将一种自研的光流传感器安装到飞行平台上,利用光流信息控制飞行器的地形跟随和自动着陆.测试了光流传感器的测量性能,建立了飞行器的运动模型,开发了基于光流反馈的地形跟随控制算法,提出了光流自动着陆的控制规律,并进行了数学仿真和硬件在回路的实时仿真验证,实验结果表明:光流信息可以一种相对简单的形式来巧妙地同时控制飞行速度和飞行高度,保证飞行器安全地执行多种飞行任务,实验证明了光流传感器在飞行控制中具有工程可行性.     

无人直升机系留气动载荷CFD计算分析

系留气动载荷作为无人直升机系留装置的设计输入,通常以机身大风侧向角气动特性风洞试验数据为基础进行计算。采用CFD计算方法对某无人直升机算例样机的机身大风侧向角气动特性进行了计算,包括自由来流、停放在开阔地面和船艉甲板3个状态,以机身气动特性CFD计算结果为基础计算了其系留气动载荷。结果表明:无人直升机在开阔地面停放时的系留气动载荷与自由来流时基本一致。而受船体上层建筑的影响,停放在船艉甲板时的系留气动载荷与自由来流时有较大的差别,除部分风侧向角状态的偏航力矩之外,力和部分力矩的绝对值相对较小,部分风侧向角状态的力和力矩方向相反。研究结果可为选取无人直升机系留气动载荷计算方法和不同停放环境下的机身气动特性的CFD计算及风洞试验状态提供一定的参考。      

舰载直升机旋翼/机体耦合动力学稳定性

建立了舰载直升机和舰船运动耦合动力学模型,考虑了舰载直升机起落架非线性和非对称的特点,并将舰船振动自由度与旋翼/机体系统相结合分析了直升机系统耦合动力学稳定性.舰载直升机采用无轴承旋翼,用中等变形梁理论建立桨叶、柔性梁和扭矩套的有限元模型,考虑桨叶多路传力特点和桨叶根部的摆振销与变距拉杆的约束.起落架包括液压作动器和橡胶轮胎,起落架系统具有非线性特点,在不同载荷下其刚度和阻尼都不同.采用所建立的动力学模型分析了舰载直升机的"舰面共振"动力学特性,首先通过算例中的无轴承旋翼直升机"地面共振"频率与阻尼曲线验证了旋翼机体耦合模型的正确性.其次发现舰船在横摇振动情况下,旋翼/机体耦合系统的旋翼不稳定转速区域会提前出现,如果鱼叉系留则会推迟不稳定转速,并且增加系统的阻尼.     

无人直升机雷达目标特性研究CSCD

雷达散射目标特性(RCS)是无人直升机的重要性能指标。以某型直升机几何参数为例,分析了无人直升机RCS的特点,基于CAD软件法和电磁计算网格法建立其几何模型并生成了机身旋翼电磁计算网格。在编制计算分析流程基础上,分析计算了无人直升机RCS性能指标,得出了无人直升机的RCS分析结果。