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。     

基于任务协同的有人机/无人机 对海攻击作战效能评估研究

通过分析攻击敌海上舰船目标过程中有人机/无人机编队的作战使用方式及影响其作战效能的主要因素,建立了有人机/无人机编队协同攻击海上目标的作战效能评估指标体系,运用ADC法构建了有人机/无人机混合编队攻击敌舰船目标作战效能评估模型,通过算例证明了该方法适应于有人机/无人机编队的作战效能评估,为有人机/无人机协同作战决策提供了有效的参考依据。     

海上无人机多机协同巡检航迹规划方法

随着无人机技术应用的不断深入,如何提高无人机编队的协同能力及在复杂动态环境的自适应性,已成为“集群智能”的 1个重要研究方向。文章对海上无人机多机协同航迹规划整体流程进行了分析,分别阐释了静态和动态场景下的多机协同规划方法。静态场景下主要采用分支定界法建立静态问题模型,为每架无人机划分作业区域、生成作业路径,使得整个巡检作业的航迹长度代价与作业时间代价最小;动态场景下主要针对气象变化、连续跟监、海域变化 3种突发场景,侧重于协同决策和路径规划设计对应的目标函数,采用启发式算法为整个巡检作业进行自适应航迹规划,以确保安全性和效率性。实验结果显示,无人机协同路径规划能够根据环境变化和任务需求动态调整多无人机的巡检路径,快速给出不同突发情况下的最佳动态调整方案,以应对复杂的海上环境并动态规避障碍物。     

考虑低空运行环境求解无人机任务分配问题的研究

在低空救援中如何合理的分配无人机的搜救任务长期以来都是研究的重点。本文在分层级分布式分配方法的基础上建立多目标多无人机任务分配模型,在模型中以搜救费用、无人机使用数量、完成任务的均衡性为目标函数,并且采用改进的NSGA-Ⅱ算法进行求解。结果表明：本文建立的模型有效,能在不同搜救环境下给出合理有效的分配方案;在搜救中考虑以搜救效率最高为导向时,带来无人机成本和数量的增加;当实际搜救的无人机非常有限时,则需要时间成本的投入;以经济利益为导向时,则会导致搜救时间的增加。     

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。     

重访机制驱动的多无人机协同动目标搜索方法

为实现多无人机高效捕获灰色任务区域内的移动目标，考虑传感器探测概率与虚警概率，提出了重访机制驱动的协同搜索规划（RMD-CSP）方法，以降低目标遗漏与误判概率。考虑无人机飞行性能约束，以最大化任务执行效能为目标建立多无人机协同搜索模型。根据目标先验信息初始化环境搜索信息图（包括目标概率分布图、环境不确定度图与环境搜索状态图），利用无人机实时探测信息，基于贝叶斯准则持续更新搜索信息图。定制基于环境不确定度更新的重访机制，通过增加长时间未被重访区域的环境不确定度，引导无人机搜索该区域，降低移动目标的遗漏概率；定制基于目标函数权重更新的重访机制，引导无人机快速重访发现新的疑似目标的区域，对疑似目标进行再次确认，减少由于传感器虚警概率造成的目标误判概率。采用滚动时域规划架构，将搜索规划问题分解为一系列短时域规划问题，提升了求解效率。在典型任务想定下，通过数值仿真试验验证了所提方法的有效性。仿真结果表明，RMD-CSP能够在秒级时间内生成每个时域的搜索航迹，相比于光栅式搜索方法与标准的概率启发式搜索方法，能够引导无人机捕获更多的移动目标，同时减少误判次数，有效提升了多无人机协同搜索的任务效能。     

基于改进向量场直方图算法的无人机动态避障策略

目前传统向量场直方图(VFH)算法存在易陷入局部陷阱的缺陷，本文提出了基于陷阱检测机制与动态阈值更新策略的改进VFH算法，更加符合局部未知环境下无人机路径规划的要求，并针对复杂未知场景中无人机避障问题，提出了基于A^*算法和改进VFH算法的避障算法。首先，无人机根据全局已知障碍物信息，基于A^*算法构建目标航路点；其次，在目标航路点不可达的情况下，无人机根据运动状态与激光雷达探测到的地形信息，基于改进向量场直方图算法进行局部规划。在局部规划中，针对传统VFH算法存在的缺陷进行了改进：针对传统VFH算法的无记忆性导致在一些特殊场景中易陷入局部陷阱，本文提出陷阱检测机制的VFH算法，动态选择历史信息增强向量场直方图算法的记忆性，无人机可自主检测陷阱并及时跳出；针对向量场直方图算法的阈值敏感性问题，设计了动态阈值更新策略，使得无人机能够在复杂或稀疏的障碍物环境中，动态平衡避障安全性和抵达目标的时效性。最后，通过对比仿真验证了算法的有效性，为传统VFH算法易陷入局部陷阱的缺陷提供了一种解决方法。     

基于改进A-Star算法的隐身无人机快速突防航路规划

针对现代战争中隐身无人机（UAV）在高严密的组网雷达防御体系下的生存及突防问题,提出了基于改进A-Star算法的隐身无人机战区突防航路规划技术。首先对隐身无人机突防过程进行了分析建模,分别建立了隐身无人机的运动学模型、动态雷达散射截面特性和组网雷达探测概率的计算模型。然后针对传统算法在解决隐身突防问题时的不足,充分考虑所规划航路时的快速性和安全性要求,设计了改进A-Star算法。在算法中引入了多层变步长搜索策略和无人机的姿态角信息,结合秩K融合准则,通过每段航迹上隐身无人机被组网雷达系统的发现概率来判断新航迹点的可行性。仿真结果表明,改进A-Star算法能够在复杂的组网雷达系统下快速生成更优的战区突防航路,具有一定的应用价值。     

航天员与类人机器人月面联合探测概念初步研究

介绍了人机联合探测中涉及的类人机器人、遥操作、人机共享控制、地面验证等技术发展现状;对月面类人机器人与航天员联合探测的概念进行了初步研究,规划出了月面人机联合探测系统结构、探测模式和探测任务等;并对类人机器人技术、人机协同操作技术、遥操作控制技术和地面仿真验证技术等关键技术进行了总结。     

基于蚁群算法的无人机协同多任务分配

采用蚁群算法对无人机协同多任务分配问题(CMTAP)进行研究。在通用CMTAP模型的基础上,综合考虑包括动态任务时间约束和无人机任务能力的差别多类复杂约束条件,建立扩展的协同多任务分配模型。在多子群蚁群算法的基础上,提出了基于分工机制的蚁群算法对CMTAP进行求解。根据协同多任务分配的特点,设计了基于任务能力评估的问题解构造策略和基于任务代价的状态转移规则,提高了算法的性能。仿真实验结果表明该方法能有效地解决无人机协同多任务分配问题。     

GPS接收机数字码跟踪环性能研究

建立了伪码捕获和跟踪过程的数学模型;推导出了伪码捕获的检测概率和虚警概率,提出了改进的双Dwell搜索方法;对一阶、二阶、三阶DDLL的动态跟踪性能及输入随机噪声影响进行了定量分析。研究结果表明,双Dwell搜索方法能显著缩短平均捕获时间,应根据不同的系统动态特点,选择不同的环路参数,以优化码跟踪环的特性。     

海上线式巡逻落水空勤人员搜救区域模型与仿真

海上落水空勤人员搜救是战时海上后方勤务保障的重要内容,确定搜索区域是海上搜救行动的前提和重要环节。任务类型、行动样式和信息的准确程度,决定了初始散布区域的大小和形状;而失事海域、自然条件和滞后时间,影响着搜救区域的大小和形状。建立初始散布区域模型,结合漂流速度、方向和参数误差,确定搜索区域模型,从而确定搜索区域散布,对确定搜救兵力和搜索行动样式具有重要意义。     

Satellite-Aided Search and Rescue (SAR) System

To carry out search and rescue of people in distress on the distressed aircrafts/vessels on land, at sea, or in a remote mountainous region, there are a number of different search and rescue systems and methods that are being used by the different national search and rescue organizations worldwide. Herein, the main terrestrial search and rescue (SAR) systems that are in use are discussed in brief and a satellite-aided search and rescue (SAR) system - COSPAS - SARSAT is discussed in detail highlighting its benefits over other SAR systems.     

基于 GPS 和电子海图的落水人员搜救定位系统

现阶段我国的海上搜救工作仍然采用救生衣方式的被动求救和大面积搜索的模式,搜救效率较低.为了解决了这个问题,本文设计实现了基于全球定位系统(GPS)和电子海图的落水人员搜救定位系统.该系统将 GPS、地理信息系统(GIS)、数据库同步、无线传输技术有机结合,有效保障了落水人员的精确定位,为救援船舶及时追踪落水人员提供了可靠的依据     

Detection of Thin Lines using Low-Quality Video from Low-Altitude Aircraft in Urban Settings

A novel thin line detection algorithm for use in low-altitude aerial vehicles is presented. This algorithm is able to detect thin obstacles such as cables, power lines, and wires. The system is intended to be used during urban search and rescue operations, capable of dealing with low-quality images, robust to image clutter, bad weather, and sensor artifacts. The detection process uses motion estimation at the pixel level, combined with edge detection, followed by a windowed Hough transform. The evidence of lines is tracked over time in the resulting parameter spaces using a dynamic line movement model. The algorithm's receiver operating characteristic curve (ROC) is shown, based on a multi-site dataset with 86 videos with 10160 wires spanning in 5576 frames.     

基于运动特征和中心环绕模型的空对地车辆检测方法

平台的移动基于空基车辆检测以其视野广、速度快、适应性强等优点,近些年成为了智能交通和航空应急救援等领域内的一个热点课题。然而,在城市背景的交通环境下,由于复杂背景造成的干扰、车辆运动的不规律性以及光照等条件变化带来的噪声,有效地获取运动对象特征是空对地视觉监视方法面临的一个难题。为有效解决这一问题,提出了结合运动特征的中心环绕模型进行空对地车辆检测的算法。现有的空对地车辆检测算法,大多是针对固定的摄像头的情况下,基于运动特征进行检测,例如光流法、背景差法等。这些方法在对高速公路等背景相对较为简单的环境下获得了良好的检测结果,但当面对城市复杂背景条件或摄像头自身运动的状况时,难以有效地检测出运动目标。而在对颜色、强度等静态特征进行显著度分析的基础上,加入了对运动特征的分析,可以解决在复杂环境下准确提取车辆目标有效特征的问题。试验表明,相较于基于图像相减的检测算法和单一显著度算法,该算法可以获得更高的检测率与更低的误报率。     

复杂环境下微小飞行器惯性/激光雷达Robust-SLAM方法

针对微小型飞行器在巡检、探测和地图构建等应用中关键的自主导航技术,提出了一种基于惯性辅助的激光雷达Robust-SLAM方法用于微小型飞行器自主导航。相对于传统的激光雷达SLAM方法,该方法在SLAM框架中引入了感知环境突变检测方法,并且加强了惯性与SLAM的组合程度,有效地解决了高程方向感知环境发生突变时激光雷达SLAM定位误差大的问题。室内车库实际飞行实验结果表明,该方法能够实现微小型飞行器在三维空间中实时可靠的自主导航,具有较好的工程应用价值。     

Fractional order adaptive robust formation control of multiple quad-rotor UAVs with parametric uncertainties and wind disturbances

In recent times, multiple Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are being widely utilized in several areas of applications such as agriculture, surveillance, disaster management, search and rescue operations. Degree of robustness of applied control schemes determines how accurate a swarm of UAVs accomplish group tasks. Formation and trajectory tracking controllers are required for the swarm of multiple UAVs. Factors like external environmental effects, parametric uncertainties and wind gusts make the controller design process as a challenging task. This article proposes fractional order formation and trajectory tacking controllers for multiple quad-rotors using Super Twisting Sliding Mode Control (STSMC) technique. To compensate the effects of the disturbances due to parametric uncertainties and wind gusts, Lyapunov function based adaptive controllers are formulated. Moreover, Lyapunov theorem is used to guarantee the stability of the proposed controllers. Three types of controllers, namely fixed gain STSMC and fractional order Adaptive Super Twisting Sliding Mode Control (ASTSMC) methods are tested for the swarm of UAVs by performing the numerical simulations in MATLAB/Simulink environment. From the presented results, it is verified that in presence of wind disturbances and parametric uncertainties, the proposed fractional order ASTSMC technique showed improved robustness as compared to the fixed gain STSMC and integer order ASTSMC.