无人机自主空中加油技术探究

作为提高无人机作战效能的有效手段,无人机自主空中加油技术近年来已成为了无人机研究领域的重要发展方向.本文在总结国外无人机自主空中加油技术发展的基础上,指出了基于"插头-锥管"的无人机自主空中加油的关键技术和发展方向,对于研究无人机空中加油技术具有一定的借鉴意义.     

面向无人机空中加油紧密编队的鲁棒控制方法

针对无人机空中加油紧密编队系统鲁棒控制问题，提出了一种基于障碍函数的自适应干扰观测器的分布式鲁棒编队控制方法。对固定翼无人机外环动力学模型进行转换，构造了具有非匹配和匹配扰动的二阶多体系统简化模型，并基于障碍函数设计了相应通道的自适应干扰观测器；利用邻机状态信息定义了相应的一致误差函数，在此基础上，基于编队系统通信拓扑结构，引入干扰补偿机制，开发了空中加油无人机紧密编队系统分布式鲁棒控制器，以实现理想的异构无人机编队跟踪控制性能。基于Lyapunov稳定性理论，分析了闭环系统的稳定性和收敛性。最后，通过将所提方法应用在由不同型号的1架加油机和2架受油机构成的编队系统上，进行数值仿真验证。所得到仿真结果与理论分析一致，验证了设计的干扰观测器和控制器的有效性。     

自主空中加受油会合阶段控制策略研究

无人机自主完成空中加油对提高航程、航时具有重大意义,其中受油机与加油机之间会合阶段的控制策略是保证加受油成功的关键技术。首先,通过分析空中加油过程中有人机与无人机之间的差异性,给出了一种工程上较为可靠的无人机自主空中加受油最优航路设计方法;其次,根据无人机的飞行特点,提出了一种空中加受油会合与编队阶段的控制策略,形成了相应的任务动作,并设计了对应的控制律;最后,通过两架某小型无人机开展了飞行试验,验证了控制策略的可行性,并给出了试验结论。     

无人机自主空中加油技术研究新进展

无人机自主空中加油技术（AAR）是目前无人机自主化和智能化研究领域的一个热点。目前，美国多家研究机构已经取得了AAR技术阶段性的研究成果，美国军方表示，不仅要开发出有人驾驶加油机对无人机的空中加油技术，还要开发出无人机对无人机的空中加油技术（UAV--UAVAAR）。     

空中加油:从有人到无人的跨越

美国研究机构开发的自主空中加油验证系统,依赖精确的 GPS、惯性导航和视频跟踪等技术以及先进的自动控制算法,成功进行了无人机的空中自主加油验证试验,实现了空中加油技术从有人到无人的跨越,此项技术在无人作战飞机上将有广阔的应用前景。     

无人机自主空中加油技术现状及发展趋势

无人机在现代战争中扮演着越来越重要的作用,广泛运用于情报搜集、目标定位和精确打击等任务。但是由于其具有载重少和油量小的特点,限制了自身的搭载能力和作战半径。自主空中加油技术的发展,不仅能够有效地提高无人机装备的搭载水平和续航能力,同时也能增强其在极端天气情况下的飞行能力。本文主要从无人机的发展、空中自主加油技术、国内外研究现状和未来发展方向等方面对自主空中加油技术的发展现状进行了综述,并对现有的技术特点进行了分析和梳理,对自主空中加油技术的发展趋势进行了展望。     

任务分配工具打破传统无人机控制模式

无人机的使用现在面临人力的问题．“一人一机”的操纵模式仍未改变。为此,目前,美国空军正在验证多机控制技术．并已经拥有一种可以控制4架“捕食者”无人机的地面站,但是很少在作战中使用。     

简讯

美国研究无人机的空中加油 美国防部正在推进下一代无人机(如X—45)空中加油能力的研究计划。增强空中加油能力后,可使无人机不需要前线驻扎基地,还能减少执行任务所需的无人机数量,提高无人机的任务反应速度。美国防部预研局(DARPA)、空/海军和NASA领导了这一研究。 由于无人机特有的飞重量轻,因此加油机产生的紊流对其的影响要比有人机大得多。 对无人机来说,加油对接是一件很困难的事,因为没有飞行员来对飞行进行调整,操控无人机的地面站为此需要准确的态势感知。 美空军研究实验室(AFRL)去年开始对美空军的伸缩套管式加油方式的飞     

仿鹰眼-中脑机制的无人机空中加油显著性检测

空中加油是提高无人机（UAV）空中持续作战能力的重要技术，其中对加油锥套的检测和识别是实现空中加油的首要任务。针对空中加油快速、准确的目标检测难题，结合鹰眼敏锐的视觉机制，设计了一种仿鹰眼-中脑机制的显著性检测算法，采用仿鹰眼颜色拮抗和明暗适应机制模型从加油锥套视频序列中提取多通道图像特征，为适应锥套在图像中的面积，模拟仿鹰中脑网络门控机制对多通道特征显著图进行空间门控处理，模拟仿鹰中脑网络增益机制对显著图进行增强处理。通过公开数据集和空中加油试飞数据集分别进行了测试，仿真对比实验结果验证了所提出的显著性检测算法可在设定显著目标面积占比的条件下有效抑制背景影响，并能检测到空中加油的锥套目标。     

一架预警机同时控制3架无人机

前不久，波音公司用一架澳大利亚皇家空军（RAAF）”楔尾”737预警机（AEW＆C）验证了同时指挥和控制3架“扫描鹰”无人机系统的能力。这3架“扫描鹰”无人机从试验台发射．大约距离“楔尾“190千米。预警机的操作人员使用波音公司开发的无人机系统战场管理软件．以及UHF卫星通信数据链和地面站中继通信．指挥它们完成了大范围搜索、侦察、目标监视和目标导向等多种任务，验证了其大范围的态势感知能力，持久的情报、监视与侦察（ISR）能力以及有人无人混合编队能力，实时回传地面目标视频等能力。     

基于无损切换的无人机自主空中加油技术研究

提出了基于无损切换的无人机自主空中加油解决方案,建立了包括无损切换的双目视觉传感器、激光测距传感器以及扰动影响的无人机和硬式加油管的仿真系统;研究了近距离逼近与自动对接阶段的无损切换算法,双目视觉特征点识别与位姿估计算法,双目视觉测量与激光测距融合算法,分别对近距离逼近与自动对接阶段的位姿测量进行了仿真验证。结果表明,本技术方案可实现近距离逼近和自动对接的相对位姿精确测量,且具有较强的实时性、准确性和鲁棒性,保证了自动空中加油的平稳跟踪引导和自动对接。     

视觉辅助的无人机自主空中加油建模与仿真

为准确获得插头锥套式空中加油过程中无人机与锥套的相对位姿信息,提出了机器视觉辅助的插头锥套式无人机自主空中加油仿真方案,开发了基于Open CV,Simulink及Vega Prime视景仿真技术的闭环仿真系统.研究了机器视觉识别跟踪锥套的图像处理算法,利用Kalman滤波算法估计无人机与锥套的相对位姿.仿真结果表明,机器视觉算法可以准确识别跟踪锥套,滤波器状态估计的收敛速度较快,无人机姿态角变化范围较小,保证了插头锥套式无人机自主空中加油的平稳安全对接.     

视觉辅助的无人机自主空中加油建模与仿真

为准确获得插头锥套式空中加油过程中无人机与锥套的相对位姿信息,提出了机器视觉辅助的插头锥套式无人机自主空中加油仿真方案,开发了基于Open CV,Simulink及Vega Prime视景仿真技术的闭环仿真系统。研究了机器视觉识别跟踪锥套的图像处理算法,利用Kalman滤波算法估计无人机与锥套的相对位姿。仿真结果表明,机器视觉算法可以准确识别跟踪锥套,滤波器状态估计的收敛速度较快,无人机姿态角变化范围较小,保证了插头锥套式无人机自主空中加油的平稳安全对接。     

超长航时太阳能无人机带来的改变

美国正在试验具有超长续航能力的无人机,在一年或者更长的时间里这类无人机将无需返回基地维修或进行空中加油,这一概念有可能使传统航空体系变得毫无用武之地。     

空中加油对接过程软管-锥套动态特性

建立了加油软管-锥套系统的动态数学模型,并利用该模型进行空中加油对接过程模拟.在加油机尾流场中,根据牛顿运动定律,推导定长度软管-锥套系统的运动学方程和动力学方程;建立了变长度的软管-锥套模型来控制对接过程软管-锥套的稳定性,对软管-锥套动态特性进行了分析.在Matlab/Simulink仿真平台下搭建模型,在不同的飞行条件下对模型进行数字仿真验证.仿真结果与国内外公开试飞数据相吻合,验证了模型的正确性.所建模型可用于有人机空中加油训练模拟和无人机自主空中加油仿真等.     

无人机软管式自主空中加油视觉导航技术

近年来,机器视觉技术的迅速发展给无人机自主空中加油提供了一种新思路,克服了传统GPS动态适应能力差的不足。基于双目视觉,提出了一种实用的无人机自主空中加油导航方案,并提出了一种利用深度学习进行检测跟踪配合几何约束进行位姿计算的技术。根据加油机和受油机距离的不同,将导航分为远端导航和近端导航。全程对加油锥套进行检测和跟踪,并在近端进行锥套位姿计算。实验结果表明,该算法满足加油的鲁棒性要求,稳定跟踪锁定目标距离范围大于40m。当与目标距离小于10m时,距离误差优于±10cm。说明本文提出的方法具有较强的应用前景。     

固定翼集群无人机空中模拟对接技术

自主空中加油技术对于提高无人机（UAV）续航能力，扩大作战半径，增加载荷重量以及提升战略部署等方面有着重要的意义，是未来智能集群无人机系统的必备技术。本文以“无人争锋（UI-STRIVE）”空中握手比赛为背景，对固定翼集群无人机空中模拟对接相关技术及策略进行了研究。首先，针对固定翼集群无人机飞行速度快、编队密集程度高等特点，设计了集群无人机空中对接流程以及基于Dubins路径规划的时间最短的追机方案，并采用非线性制导律进行航路跟踪；其次，基于模拟锥套的先验信息设计了一组弱分类器，并通过级联的方式实现对模拟锥套的快速检测；然后，设计了沿加油机航线方向进行精确对接的策略，并结合无人机姿态先验以及模拟锥套尺寸信息推导了精确对接阶段制导参数解算方法；最后，设计了相应的固定翼集群无人机系统，并以4机编队参加了第2021届“无人争锋”空中握手比赛，参赛结果验证了本文所提出固定翼集群无人机系统以及其技术和策略的可行性。     

美国海军空战中心武器分部近日试验新的导弹技术

波音公司近日验证了由一名操纵员使用先进自主控制软件、3架"扫描鹰"无人机和1台机载预警与控制系统(AwACS)控制台同时指挥和控制多架无人机(UAV)。这种能力将通过一个开放式、基于标准的系统提高同现有和未来指挥与控制系统的互用性,并大大减少无人机操纵员的工作负荷。波音公司有关负责人说:"减少工作负荷可使一名操纵员管理一组无人机作为协同作战系统。任务操纵员无     

美国开始进行长航时无人机武器投放试验

诺斯罗普·格鲁门公司利用一架“普罗透斯”(Proteus)有人驾驶飞机用作无人技术验证机开展一系列飞行试验,以验证中空长航时(MALE)无人机的作战潜力。     

基于自适应联邦滤波的相对导航信息融合

针对基于GPS/MV组合导航方式的无人机空中加油问题,分析了对接阶段GPS及视觉传感器存在的条件约束。在建立导航传感器非线性相对位置测量模型的基础上,设计了基于扩展卡尔曼滤波的自适应联邦滤波器,并与集中式滤波进行了对比仿真。结果表明,提出的算法保证了部分传感器失效时导航数据输出的平稳性和容错性,滤波精度完全满足无人机空中加油相对导航系统要求。