基于虚拟现实技术的无人机操作员训练应用

随着虚拟现实(VR)技术的高速发展,VR技术已在多领域得到广泛应用。针对无人机复杂程度高,功能繁多,操作模式多样化的特点,对空勤操作员的操作使用技能提出极高的要求,迫切需要探索新的训练手段,提升操作员操纵无人机的熟练度和遇到特情故障时,精准快速的决策能力。提出将VR技术应用到无人机操作员训练:首先,从知识、技能和心理素质3个维度对训练需求进行深入分析,面向需求构建基于VR技术训练器的系统架构;并对架构中各模块的功能和要素展开分析;最后,对训练器的关键技术进行提炼。提出的以计算机技术为核心的视、听、触觉一体化的虚拟训练器,能够为受训学员提供高逼真、直观的沉浸感,最大限度地实现训练任务重构,为无人机训练提供崭新的平台。将VR技术应用到无人机训练和以往传统的模拟训练相比,具有系统造价低、训练费用少、训练周期短的优势,使训练效率大大提高,降低训练危险程度,是无人机操作员训练未来重要的发展方向。     

有人机/无人机协同任务控制系统

针对有人机/无人机协同任务控制系统的设计和实现问题展开研究。结合有人机/无人机协同控制过程的特点,提出了基于自然语言接口方式的有人机/无人机协同任务控制系统结构。在此基础上,分析了系统模块的关键内容,设计了面向有人机与无人机交互过程的任务指令格式,提出了基于优先级的任务模式调度策略,针对无人机的典型任务模式,讨论了航路规划的计算方法选择,最后构建了有人机/无人机协同任务仿真环境。仿真试验结果验证了整体方法的可行性。     

多无人机监控系统人机交互界面研究

首先从人机权限方面考虑,提出基于三级自主等级以上的无人机系统,分析典型无人机作战任务下各操作项自动化程度、复杂性等信息,得出多机监控能力下操作员角色需向指挥员转变。然后以四机监控为例,通过设计人机智能认知信息架构,建立操作员意图识别模型,采用空域页面布局切换和时域页面智能推显等形 式进行人机交互界面设计,实现单操作员对多架无人机的监控。最后在飞行模拟器环境下进行了多机监控仿真测试,测试结果证明本文设计的人机交互界面合理可行。     

基于脑电和眼动信号的人机交互意图识别

意图识别在人机交互（HCI）领域受到广泛关注,传统人机交互意图识别方法单纯依靠脑电（EEG）或眼动数据,不能很好地利用2种方法优点。为此,提出了一种融合脑电和眼动数据的人机交互意图识别方法,通过采集脑电和眼动信号,进行特征提取,输入机器学习模式识别网络进行意图识别,并基于Dempster-Shafer （D-S）证据理论进行决策层融合得出最终识别结果。招募了20名有效受试者进行交互意图识别实验,结果表明,基于脑电和眼动信号的人机交互意图识别方法识别准确率高于单纯依靠脑电和眼动数据的方法,可为下一步飞行器和武器系统人机交互系统自适应设计提供理论依据和技术支持。     

基于 LSTM的飞控系统状态监控

监测飞控系统状态参数是保证无人机飞行安全的重要手段。针对无人机飞控系统的组成特点和飞行控制律,设计并构建了基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Network,LSTM)的飞控系统状态监控模型。首先,利用无人机历史飞参数据训练模型,建立输入飞参数据与状态参数的回归映射关系;然后,利用训练好的网络模型,实时预测飞控系统的状态参数,通过对比实测值与预测值之间的差异,实现飞控系统的状态监控。选取无人机飞参数据进行实验,基于 LSTM的算法比反向传播神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)预测精度高,MSE平均值分别低 0.01和 0.26,MAE平均值分别低 0.05和 0.12。结果表明,所提出的方法能够有效监控飞控系统,为无人机飞行管理决策提供数据支持。     

美军无人机系统训练综述

通过对美军各军种无人机和无人机系统训练相关研究文献和指导性文件的分析研究,本文对美军无人机系统训练发展情况进行了综述,主要内容涵盖2000年前后到目前的美军无人机系统操作军官训练需求、训练体制、训练设施规划思想、以及对未来无人机系统操作军官的训练思考等。最后,本文总结了发展无人机系统综合训练系统需要考虑的几方面问题。     

变形无人机地面站一体化设计方法

针对具有半双工数据链变形无人机地面操控困难的问题,提出一种Windows平台下供外场使用的便携式变形无人机地面站一体化设计方法。采用虚拟技术、地理信息技术、消息与内存共享机制,实现了变形无人机数据链从物理半双工到虚拟全双工的转换,完成了便携式变形无人机地面站的工程化。经外场试飞验证,该地面站在虚拟全双工模式下数据指令最短发送周期能够达到20ms,其性能已经达到物理全双工系统的指标,为今后研制开发低成本、小型化的无人机一体化地面站提供了技术支撑。     

无人机非方阵系统解耦控制

针对无人机(UAV)盘旋侦察飞行过程中,横侧向运动为非方阵多变量系统,且存在强耦合作用的问题。提出了一种新型的解耦方法。首先建立无人机横侧向非方阵系统模型,并采用内环反馈方法对模型进行了方阵化,然后基于一种最优化的逆乃奎斯特阵列法,提出了扩展INA法迭代公式,用于无人机非方阵系统的动态解耦补偿器求解。仿真结果表明:补偿后无人机偏航、滚转通道间的耦合效应明显降低;且设计方法物理概念清晰,易于工程实现。     

多投递下带时间窗的卡车与无人机协同配送问题

无人机因其碳排放少、灵活性高、成本低等优势被越来越多地用于物流配送。考虑到无人机单投递情况下负载利用不足和卡车在客户点等待客户时间窗开启过程的时间损失,针对带时间窗的卡车与无人机协同配送问题进行优化,提出一种多投递下带时间窗的卡车与无人机协同配送(VRPDTW-MD)问题。提出了基于VRPDTW-MD特点的遗传算法对其求解,算法中,设计了多种交汇节点变异算子、交汇节点修复算子和服务节点交叉算子,用于调整卡车与无人机相互之间的交会点以及访问点。通过不同类型与规模算例求解验证了问题和算法的有效性,分析了不同卡车与无人机协同配送模式对运营成本的影响,为“卡车+无人机”模式的配送路径规划提供决策依据。     

联合连通拓扑下多无人机编队控制

针对在联合连通拓扑条件下的多无人机系统,研究了具有二阶动力学系统模型的多无人机系统时变编队控制问题。基于一致性理论,设计了一致性控制器,将联合连通拓扑条件下的编队控制问题简化为低阶时间平均系统的渐进稳定性问题。利用Lyapunov函数证明了所设计的控制器能够实现编队控制,并利用线性矩阵不等式(LMI)方法给出了控制器的设计算法。在三维空间中,对多无人机系统进行了仿真,验证了所设计的一致性控制器能够使得多无人机系统在联合连通拓扑条件下形成时变编队。     

军用无人机指控系统人机交互发展分析

介绍了指控系统人机交互发展阶段,对智能交互阶段的未来发展进行了分析,提出将影响指控系统未来人机交互的4个发展方向,即智能感知与认知、虚实结合、脑际交互和自然语音理解。同时指明了主动式多模态交互将是军用无人机指控系统人机交互未来的发展方向。     

基于无人机非线性飞行载荷设计模块的集成化和流程化研究

飞行载荷设计存在环节复杂且关系松散,设计软件种类众多,但数据接口不一,模块化和流程化程度低等,大大增加了设计周期。文中基于无人机非线性飞行载荷设计,分析、梳理和整合了整个飞行载荷设计过程,进行了载荷功能环节模块化和重用化设计,固化了典型的设计流程,设计搭建了具有人机交互界面的飞行载荷设计系统原型。通过对飞行载荷设计的模块化和流程研究,构建了工程经验模块化、工具软件集成化、计算流程规范化的研发模式,极大提高了飞行载荷设计效率。     

基于MES的生产调度系统技术研究

MES系统具有优化资源配置、缩短制造周期、降低生产成本、提高制造质量等优点。本文以无人机为研究对象,针对无人机批量生产的综合计划、质量管控、物资齐套与调度控制之间相互独立的特点,以及生产过程中稳定性差、生产资源浪费、缺乏柔性等问题,开展了基于MES的生产调度系统技术研究,对该系统总体构架、结构组成和工作流程进行了详细设计。该系统的研究与应用有利于无人机批量生产过程的有序运作和资源优化,为领导决策提供可行性数据支撑。     

无人机系统基地级维修模式研究

分析了国内军用无人机系统发展现状，根据新时期无人机系统维修保障的需求，提供了二级维修体制中基地级维修保障模式和方法。对完善无人机系统维修保障模式进行了初步设计。     

基于火箭橇的无人机碰撞民用飞机试验技术研究

无人机碰撞民用飞机关键部位损伤程度的研究是民航领域关注的新型热点问题。本文首次提出采用 火箭橇试验评估无人机碰撞民用飞机的安全性。通过对碰撞速度、碰撞位置、无人机姿态、参数测量等进行研 究,设计碰撞技术方案,论述火箭橇的设计、弹道控制设计、强度校核和测试方案,并进行试验验证和仿真计算。 结果表明:本文设计的火箭橇碰撞试验方案是可行的,实现了单一弹道上的连续多点碰撞及多视角、全覆盖、高 稳定的全过程记录;可为后续开展同类碰撞试验提供必要的技术参考,所开展的多发次碰撞试验也为无人机碰 撞民用飞机的安全性评估提供了有效的试验数据。     

切换拓扑下无人机集群系统时变编队控制

针对多无人机(UAV)间通信拓扑可能发生变化的情况,研究了具有二阶积分特性的无人机集群系统的轨迹跟踪与时变编队控制问题。基于一致性方法设计了编队控制器,将编队控制问题转换成闭环系统的稳定性问题,引入了切换拓扑平均驻留时间的概念,并在此基础上利用线性矩阵不等式(LMI)方法,给出了控制器设计步骤。通过构造分段连续Lyapunov函数,证明了切换拓扑下无人机集群系统能够实现对指定轨迹的跟踪并且实现时变编队飞行。以三维空间运动的无人机集群系统为例进行了仿真验证,结果表明本文所提方法能够解决切换拓扑下无人机集群系统的轨迹跟踪与时变编队问题。     

无人机雷电防护设计技术综述

随着无人作战飞机纳入作战体系,全天候的作战使用需求对无人机雷电防护提出了更高需求,由于无人机通过地面测控系统进行人机交互,无法向有人机一样具备主动避开复杂气象环境的能力,其雷电总体防护设计显得尤为重要。基于MBSE的系统工程理论,描述了无人作战飞机雷电防护设计总体需求,阐述了无人机雷电防护总体设计流程及主要设计内容,对雷电效应对飞机机体和机载系统的损伤机理进行了分析和研究;综述了飞机系统雷电效应的总体防护设计原则和技术措施,对机体结构和外部设备给出了雷电直接效应防护设计措施,并给出了机载设备雷电间接效应的防护总体设计原则及典型技术方案。     

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。     

非对称衰落信道下无人机中继传输方案及性能分析

 无人机(UAV)作为中继传输平台受到了国内外研究人员的广泛关注。本文研究了非对称衰落信道下的无人机中继传输系统,提出了输出信噪比最大化准则下的波束形成(BF)优化方案,并推导出系统中断概率、遍历容量和平均误符号率等无线通信系统主要性能指标的理论表达式。通过计算机仿真验证了本文提出的中继传输方案及性能分析的正确性,并定量分析了天线数量、信道参数以及功率分配对系统性能的影响,为无人机中继传输系统的设计及性能评估提供了参考和依据。     

传感器无人机发展状况及其关键技术

传感器无人机由于采用无人机-传感器一体化设计,具有载荷资源多、预警威力大、高空长航时等优势,成为各军事强国的研究热点。通过对传感器无人机系统总体、气动构型和共形传感器三个方面的简要介绍,阐述了传感器无人机的发展状况,并对传感器无人机研制的关键技术进行了简要分析,可为传感器无人机的研制提供必要的理论指导。