国外有人直升机与无人机协同研究综述

有人直升机/无人机协同是陆军航空兵直升机装备新型作战样式。总结了国外有人直升机/无人机协同研究总体情况、美国陆军和海军有人直升机/无人机协同详细发展历程、德国和法国演示验证情况,以及有人/无人协同相关的驾驶舱人机工效优化、数据融合与辅助决策、效能评估专项支撑课题的研究情况。     

有人无人直升机协同搜潜效能研究

通过分析直升机搜潜的任务过程,结合蒙特卡洛法的随机抽样特性,建立了基于蒙特卡洛法的效能 评估模型,用以评估直升机使用浮标搜潜的成功概率。基于仿真实验对有人直升机搜潜、无人直升机双机编组 搜潜、有无人直升机协同搜潜的效能进行了对比分析。     

考虑协同航路规划的多无人机任务分配

针对多无人机任务分配与协同航路规划问题，以分布式合同网拍卖算法为基础，构建无人机集群任务拍卖架构与拍卖收益函数，结合模拟退火算法协调任务执行次序，采用A^*算法完成两任务点间航程预估，在任务分配阶段同步完成多无人机间协同航路的初规划，确定最佳任务执行次序，实现任务分配与协同航路规划的紧耦合。仿真结果表明，在考虑禁飞区、障碍威胁情况下，该算法能够有效完成多架无人机不同类型任务的分配，且目标分配、执行次序合理，总执行代价小，各机间负载均衡；在任务分配阶段考虑协同航路规划具有明显的效果，能够有效提高任务分配的合理性。     

民用无人/有人小型直升机传动系统适用适航条款差异简析

对现行有效的无人直升机及有人小型直升机（正常类、轻型运动类）适航规章中传动系统适用条款进行了识别，对比分析了其传动系统适用适航条款的差异，可为无人直升机及有人小型直升机的传动系统适航符合性验证工作提供指导，为实现民用无人/有人小型直升机传动系统一机两用提供适航支持。     

小型无人直升机建模与鲁棒飞行控制研究

以某小型无人直升机为对象,采用分体法分析了机体各部分受力情况。根据力与力矩的平衡关系,获得了无人直升机完整的非线性飞行动力学数学模型。基于所建模型,进行了所有飞行状态下无人直升机的配平计算。根据配平结果,获得了悬停时的线性状态空间模型,在考虑风扰动前提下,采用H∞静态输出反馈控制方法对无人直升机内外回路控制器进行了设计。仿真结果表明,所建模型的配平结果与实际直升机特性基本相符,验证了模型的有效性;H∞综合控制方法较好地实现了对扰动下无人直升机状态的控制,表明该算法具有良好的鲁棒性、解耦性及跟踪特性。     

无人直升机飞行控制技术发展综述

针对无人直升机飞行控制技术发展进行了简要综述。首先，介绍了无人直升机的典型特征、飞行控制系统的设计过程和设计中面临的挑战。然后，系统梳理了适用于中大型和微小型无人直升机的飞行动力学建模技术发展现状，总结了无人直升机的飞行控制算法，对比了各算法的优缺点，阐述了飞行品质发展现状。最后，给出了这一领域未来发展的建议。研究结果表明，无人直升机系统高度复杂，不同建模技术和控制策略各有利弊；在飞行控制系统设计时需综合考虑相关因素，权衡相关指标矛盾；在无人直升机飞行品质评估标准建立时，要充分考虑无人的特点，对有人直升机的飞行品质进行裁剪和优化。     

直升机机载新体制成像探测技术研究

随着中国陆军航空兵直升机战场监视及火控打击能力要求的提高,战场区域多角度观测成像的实际工程应用需求愈加迫切,需要发展直升机机载新体制成像探测技术。针对实际作战应用需求,具体探究了直升机机载全景合成孔径雷达(SAR)、有人/无人协同前视SAR、直升机机载三维SAR成像等新体制成像探测技术。从技术角度具体介绍了其工作原理及技术发展,指出在未来战争中的应用前景及作战使用方式,并探讨了该技术在直升机平台上应用存在的难点。     

直升机雷达特性模拟方法研究

针对直升机靶机建设中遇到的直升机RCS理论数据准确性无法验证问题,提出了采用缩比尺寸直升机模型/小型无人直升机室内紧缩场测试的方法,并通过仿真数据迭代融合提高仿真算法的可信度。同时,本文分析了基于空中靶标的雷达目标特性模拟技术,提出了一种采用收/发天线组合的有源目标特性模拟设备建设思路,实现对某型武装直升机雷达目标特性逼真模拟。     

基于LADRC的无人直升机轨迹跟踪

无人直升机轨迹控制系统是对多输入/多输出强耦合非线性系统进行解耦控制的系统。为解决无人直升机轨迹控制效果依赖于直升机物理参数的测量和辨识精度以及外部扰动大小问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的多回路无人直升机轨迹控制系统。首先建立无人直升机X-Cell的飞行动力学模型,并引入风切变、大气紊流和突风模型以更加准确模拟真实飞行环境;然后对X-Cell进行配平计算以验证动力学模型和配平算法的准确性,并选取一组配平值作为轨迹控制仿真的初始状态和操纵量;随后根据被控量的动力学方程阶次选取对应的一阶和二阶LADRC基本控制器,并结合时间尺度原理,自内向外依次构建无人直升机的姿态、速度和位置控制回路,将三回路串联从而建立了无人直升机轨迹控制系统;而后进行了稳定性分析,特征根计算结果表明轨迹控制系统镇定了X-Cell开环系统不稳定的动态特性;最后将该控制系统应用于各种扰动下直升机轨迹跟踪仿真,结果表明本文无人直升机轨迹控制系统能很好地实现带爬升率的"8"字形轨迹跟踪,且相比于基于比例积分和微分(PID)控制的轨迹控制系统,该控制系统具有更优的鲁棒性和抗扰性。     

有人/无人机协同作战运用研究现状与展望

有人/无人机协同是未来作战样式的重要发展方向,对于加快发挥无人机装备的作战价值,与有人机形成优势互补、协同高效的作战体系具有重要意义。首先,总结了近年来国内外在有人/无人机协同作战方面的重点研究项目进展;然后,阐明了有人/无人机协同作战的协同关系与指挥架构,并从规划控制的角度梳理了该领域涉及的关键技术(主要包括协同任务分配、协同航迹规划以及协同飞行控制);最后,对未来有人/无人机协同作战运用的研究发展方向进行了总结和展望。     

一种无人直升机飞行力学模型辨识方法研究

研究了一种无人直升机飞行力学模型辨识方法.将状态子空间辨识法和误差预报辨识法这两种不同机理的辨识方法相结合,用于无人直升机飞行力学模型的辨识.通过仿真计算,成功地辨识得到了悬停状态下算例无人直升机的高阶飞行力学模型.结果表明:提出的辨识方法具备状态子空间辨识法和误差预报辨识法各自的优点,不会出现经典辨识算法中寻优过程中出现的局部极小现象以及迭代带来的收敛性问题.     

无人直升机任务规划系统研究与实践

无人直升机任务规划系统对于完成超视距侦察、监控能力和打击是非常重要的.本文分析了无人直升机任务规划系统的的基本体系结构和功能模块,研究了无人直升机任务规划系统的建模技术及其优化算法,并在V750无人直升机上进行了验证.     

基于飞行品质评估的无人直升机鲁棒控制器设计

提出了一种改进的无人直升机H_∞回路成形鲁棒控制器设计方法。首先将系统辨识技术引入到无人直升机高带宽控制器设计,根据飞行扫频数据,得到包含直升机动力学模型耦合特性的非参数频率响应,依据频率响应拟合待辨识模型得到无人直升机高精度的飞行动力学模型。然后根据该模型,采用改进的H_∞回路成形方法设计了无人直升机内回路控制器,针对H_∞回路成形方法中权值矩阵选取困难的问题,利用了最大右约数(GCRD)方法以实现实际系统和期望系统的传递函数矩阵之间的转换。与传统的对角型权值矩阵相比,使用此方法成形后的系统具有更宽的鲁棒稳定裕度,系统的解耦性和频带也显著提高,而且可以大大降低设计人员选取权值矩阵的复杂性和盲目性。通过仿真验证,所设计的无人直升机系统的飞行品质满足军用标准ADS-33E中一级区域的要求。     

基于AMSAA模型的无人直升机可靠性评估

根据某无人直升机可靠性数据，基于AMSAA模型，对该型无人直升机可靠性进行了评估，得到该无人直升机系统可靠性指标，评判该无人直升机现阶段可靠性水平增长的趋势。该方法可以为其它型号的无人直升机的可靠性评估提供借鉴。     

无人直升机起飞非线性建模仿真研究

针对无人直升机垂直自动起飞控制技术研究背景,为描述整个起飞过程的机理,对直升机起飞阶段进行非线性动力学建模。从飞行器的力和力矩角度对直升机进行建模,该模型包括地面阶段数学模型和离地阶段数学模型。地面阶段数学模型除气动力外还包括地面对无人直升机的反作用力;离地阶段数学模型将考虑近地约束和地面效应对无人直升机起飞过程的影响。以某型无人直升机为例进行了计算和仿真,结果表明按该非线性模型能反映无人直升机起飞状态并为无人直升机的自动起飞控制技术的研究提供了可信的数学模型。     

“飞行坦克”新战术——“阿帕奇”攻击直升机的“有人/无人”组合

美国陆军将"阿帕奇"攻击直升机"有人/无人"组合视为未来作战力量建设的关键能力。该项建设由阿帕奇项目办公室、陆军航空兵项目执行办公室负责,涉及的企业包括由洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁门联合投资的长弓有限公司,由L3通信和波音公司参与的卫星运营商SES公司等。共主要建设目标是使AH—64D型和AH—64E型攻击直升机"有人/无人"组合作战能力生成与部队结构调整、作战理论创新和新战术运用同步发展。     

无人直升机悬停低速段的不确定性仿真验证

在无人直升机控制律的设计过程中,需要对无人直升机进行建模,并对飞行中产生的一些不确定性因素进行仿真验证.目前,很多不确定性因素的描述是在非线性的环境中加入一些简单的扰动,然而能够确切地描述无人直升机动态特性的非线性模型在MATLAB中很难搭建.为此,文章从工程研究的角度,提出了在无人直升机线性模型组的基础上进行不确定性仿真验证的方法,从物理特性的角度描述无人直升机在悬停低速飞行时的对象特性不确定性,选择不确定或扰动因子;在MATLAB中建立了仿真模型,进行了无人直升机悬停低速段不确定性的验证.此方法简单、快速,并且能正确地反应无人直升机悬停低速段的不确定性,具有一定的工程意义.     

小型无人直升机自动起降控制技术研究及验证

针对无人直升机有/无地效悬停状态的飞行特性,综合考虑在自动起飞与自动着陆过程中无人直升机过渡状态存在明显的差异,开展了无人直升机自动起降过程控制特性研究,给出了无人直升机自动起降控制策略及其控制律,进行了半物理仿真,并将研究成果应用到样例无人直升机的自动起降控制中,较好地实现了样例无人直升机的自动起降功能并满足相应的控制要求。     

新型复合式无人直升机悬停/着陆控制

旋翼-涵道复合式无人直升机是一种具有特殊机体结构的新型无人直升机,悬停和着陆控制是该类无人直升机飞行控制设计的一大难点。依据复合式无人直升机运动机理建立了非线性动力学模型,在悬停配平状态下进行小扰动线化和降阶处理,给出了用于控制律设计和仿真的线性模型。运用期望隐模型和特征结构配置方法设计了姿态角速度与垂向速度控制内回路,内回路输出角速度积分得到的姿态角反馈和线速度反馈构成纵横向线速度控制外回路。悬停/着陆仿真验证了内回路能实现良好的角速度指令跟踪解耦控制,外回路能实现良好的悬停位置保持和着陆轨迹跟踪控制。     

“天行者”小型无人直升机自主飞行控制系统设计

介绍了上海交通大学"天行者"小型无人直升机自主飞行控制系统的设计及实现技术。首先引入了德国柏林工业大学基于牛顿力学建立的小型无人直升机动力学模型,然后基于此模型设计了直升机飞行姿态控制器。之后引入一种针对二次积分模型基于期望响应轨迹设计控制器的控制算法,文中简称为MTC,设计实现了直升机飞行位置的不超调控制和飞行速度控制。实际飞行控制试验结果验证了飞行控制算法的有效性。仿真试验表明,基于MTC算法所设计的飞行导引点方法,可用于实现多航点路径的不减速连续曲线轨迹的飞行控制。