无人机系统的安全性与危险源分析

无人机系统的战术性能及优势将使其在未来高技术战争和民用航空中发挥越来越重要的作用。然 而,由于有人机与无人机飞行事故的特点不同,使得有人机的安全性分析与管理措施不完全适用于无人机系 统。首先,对无人机系统的飞行事故进行统计分析,得出无人机系统事故的特点;然后,合理借鉴有人机的安全 性分析,定义无人机系统的安全性,提出无人机系统事故的严酷度等级划分及相应的危险可接受度;最后,从设 计、机组训练及使用操作三方面进行危险源分析。本文提出的无人机系统不安全事件发生可能性等级划分和 危险源定性分析,可为后续无人机安全管理框架的构建奠定基础。     

审定类民用无人机飞机级功能危险性分析

基于无人机"人机分离"的特有设计特点和运行限制条件,以国内某大型民用无人机为例,对我国审定类民用无人机的安全性评估方法进行了研究。通过定义无人机系统的飞机级功能,并对无人机功能失效状态概率基准的分析,建立了适合于无人机的安全性指标;开展了无人机的飞机级功能危险性评估过程,分析失效状态对无人机、机组人员、地面人员和空中其他飞行器的危害影响并划分了失效状态的危险严重等级。     

某型无人机滑跑中发生侧滑故障的分析与排除

某型无人机外场试飞滑跑过程中机体发生明显向右侧滑故障,经飞行员手动纠偏后没有发生无人机冲出跑道事故。针对这一情况,对无人机的液压系统、起落系统进行分析,结合飞参数据建立了故障树,对各项事件进行原因分析,最终故障定位,提出了解决方案并验证其有效性。     

基于有向图的蜂群无人机故障影响

基于蜂群无人机控制模型，针对虚假数据注入的故障情形，为了分析该故障情形下，蜂群无人机中故障的的影响及传播关系，采用故障传播有向图及一致性理论，开展蜂群无人机故障影响机理研究。首先，通过Dijkstra算法计算故障源到各无人机的最短路径，建立故障传播有向图；然后预测各无人机受故障影响的程度，结合蜂群无人机系统，计算一致性行为偏差的指标，并将其作为实际故障影响程度；最后，通过对预测结果与实际故障影响程度进行仿真比较，验证了所建立的故障影响机理的合理性。     

无人机零长发射分离安全性分析

论述了零长发射闭锁力、释放机构剪切销尺寸、剪切力计算方法。利用虚拟样机技术(VPT)建立了无人机零长发射分离过程动力学仿真模型,对发射分离各种工况进行仿真分析,得到了无人机离轨运动规律、安全距离等参数,并对靶试工况进行仿真,仿真结果与靶试结果对比基本一致,验证了某型无人机零长发射的可行性和安全性。     

无人机桨叶损伤的在线模型估计新方法

无人机在复杂高对抗环境中极易出现桨叶结构受损故障，造成无人机控制性能退化甚至失稳，给无人机带来灾难性后果。桨叶结构损伤条件下无人机动力学模型的在线估计与重建是保障无人机控制系统稳定的重要前提。由于桨叶损伤干扰隐含于无人机动力学模型的内部，可观测性较低，典型的干扰观测器难以实现对此类干扰的估计。提出了一种新型穿透型干扰观测器，通过构造穿透函数，将模型内部的干扰映射到一个新建的平行空间，实现了对桨叶损伤的估计和故障后无人机的建模，并给出了所设计穿透型干扰观测器的稳定性条件。以四旋翼无人机为应用对象，对桨叶损伤形成的干扰进行在线估计与量化，反演出桨叶随机出现的损伤，实现了桨叶损伤后无人机动力学模型的在线精细重建，解决了无人机桨叶损伤故障下力矩输入难以直接测量的问题。半物理仿真实验验证了所提方法的有效性。     

无人机发动机空中停车故障机理研究

针对某型现役无人机活塞发动机飞行中出现的空中意外停车故障,从发动机停车控制原理出发分析其故障机理,构建发动机空中意外停车故障树,并用实例予以验证,为无人机发动机故障的空中应急处置和事后维修提供可行性建议。     

活塞式发动机排气喷管断裂故障分析

对某型无人机活塞式发动机发生断裂故障的排气喷管进行了现场检查、断口分析及静力学分析,表明焊接质量不合格是导致故障发生的主要原因;提出了增加焊接点数、加大熔核尺寸、加强无损检测等排故措施。     

蜂群对抗决策故障下的容错博弈控制

针对大规模分簇蜂群无人机的任务分配问题，考虑对抗场景下某些无人机由于受到敌方攻击或操控，决策规则遭到篡改，进而导致群决策行为与期望的均衡点产生偏差的决策故障。在演化矩阵博弈的框架下，运用多群体复制子动态方程对蜂群无人机和故障建模，基于李雅普诺夫函数对故障发生前后均衡点的局部渐近稳定性及其吸引域进行了分析，从而建立了自容错条件，并设计了基于激励的簇间协同容错博弈控制方法，对群决策行为偏差进行补偿，使得蜂群任务分配状态在故障下仍能达到期望的均衡点，获得理想的分工收益。     

无人机故障预测与健康管理系统研究

PHM(故障预测与健康管理)技术作为一种新兴的故障诊断与管理方法,能对无人机重要部件、系统进行全面的健康状态监控、故障检测、分析判断处理,因而在无人机技术领域得到广泛重视和长足发展.文章通过对PHM技术的分析研究,搭建了无人机故障预测与健康管理系统的总体框架,并设计了无人机故障预测与健康管理系统模块.     

基于AH/UAV编队协同侦察打击的作战效能研究

对AH/UAV协同作战任务进行了客观描述,建立了AH/UAV编队协同在指定威胁环境条件下对地面重要目标实施攻击的动态数学模型.通过仿真,分析了AH/UAV协同执行侦察打击任务的重要作战效能指标,并通过对比分析可知,AH/UAV协同作战能够显著提高攻击作战的任务成功率和对目标的击毁率,同时能够降低风险,提高自身安全.     

频率选择性衰落信道DS-CDMA无人机中继通信系统航迹规划

无人机中继通信是实现远距离无线通信的一种重要技术手段，无人机的飞行航迹对无人机中继通信系统的链路传输可靠性存在显著的影响，在频率选择性衰落信道环境下研究了基于直序列码分多址（DS-CDMA）的无人机中继通信系统的航迹优化的问题。首先，给出了基于DS-CDMA的译码转发无人机中继通信系统的模型，并理论分析给出无人机中继通信系统的链路中断概率及平均误码率计算公式，以此为基础，基于链路中断概率最小化准则提出了中继无人机的航迹规划方法，最后通过仿真验证了所提出方法的正确性与有效性。研究表明：最大比值合并DS-CDMA无人机中继通信系统可充分获取频率选择性衰落信道提供的分集增益，显著改善链路传输的可靠性。     

空时分组编码的无人机中继通信航迹规划方法

无人机(UAV)中继通信是实现远距离点对点无线通信的一种重要技术手段。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出基于空时分组编码的无人机放大转发中继通信传输方案,并基于双跳链路遍历容量最大化的准则给出了无人机最佳航迹规划方法,并进一步利用FM-EM算法给出了基于空时分组编码无人机中继通信系统的中断概率及遍历信道容量计算公式。计算机仿真表明:提出的方法显著优于传统的单发单收(SISO)无人机中继通信系统。     

Proactive optimization of transmission power and 3D trajectory in UAV-assisted relay systems with mobile ground users

In this paper, an Unmanned Aerial Vehicle (UAV)-assisted relay communication system is studied, where a UAV is served as a flying relay to maintain a communication link between a mobile source node and a remote destination node. Specifically, an average outage probability minimization problem is formulated firstly, with the constraints on the transmission power of the source node, the maximum energy consumption budget, the transmission power, the speed and acceleration of the flying UAV relay. Next, the closed-form of outage probability is derived, under the hybrid line-of-sight and non-line-of-sight probability channel model. To deal with the formulated nonconvex optimization, a long-term proactive optimization mechanism is developed. In particular, firstly, an approximation for line-of-sight probability and a reformulation of the primal problem are given, respectively. Then, the reformulated problem is transformed into two subproblems: one is the transmission power optimization with given UAV’s trajectory and the other is the trajectory optimization with given transmission power allocation. Next, two subproblems are tackled via tailoring primal–dual subgradient method and successive convex approximation, respectively. Furthermore, a proactive optimization algorithm is proposed to jointly optimize the transmission power allocation and the three-dimensional trajectory. Finally, simulation results demonstrate the performance of the proposed algorithm under various parameter configurations.     

基于改进蚁群算法的无人机航路规划

为了提高无人机(UAV)的作战效率和生存概率,在执行任务之前必须设计出高效的无人机飞行航路.针对这一问题,采用了蚁群算法进行航路规划,并对蚁群算法进行了改进.提出了保留最优解、自适应状态转换规则和自适应信息激素更新规则,有效的提高了算法算收敛速度和解的性能.最后用改进的蚁群算法对无人机任务航路进行了仿真,仿真结果表明,该算法是一种有效的航路优化算法.     

Flight safety measurements of UAVs in congested airspace

Describing spatial safety status is crucial for high-density air traffic involving multiple unmanned aerial vehicles (UAVs) in a complex environment. A probabilistic approach is proposed to measure safety situation in congested airspace. The occupancy distribution of the airspace is represented with conflict probability between spatial positions and UAV. The concept of a safety envelope related to flight performance and response time is presented first instead of the conventional fixed-size protected zones around aircraft. Consequently, the conflict probability is performance-dependent, and effects of various UAVs on safety can be distinguished. The uncer-tainty of a UAV future position is explicitly accounted for as Brownian motion. An analytic approximate algorithm for the conflict probability is developed to decrease the computational consumption. The relationship between safety and flight performance are discussed for different response times and prediction intervals. To illustrate the applications of the approach, an experi-ment of three UAVs in formation flight is performed. In addition, an example of trajectory planning is simulated for one UAV flying over airspace where five UAVs exist. The validation of the approach shows its potential in guaranteeing flight safety in highly dynamic environment.     

低空反无人机技术现状与发展趋势

近年来,随着无人机技术的不断发展与完善,无人机不仅在军事领域发挥着重要作用,在民用领域也得到了广泛应用。然而,随着使用难度的不断降低,无人机在给人们生产生活带来巨大便利的同时,其"黑飞"与滥用也给国家、社会和人民造成了安全危害。因此,对低空无人机进行反制与防护的需求在军、民领域均十分强烈。围绕无人机在不同领域的应用状况,介绍了低空无人机非合作飞行带来的安全问题,对威胁种类及来源进行了讨论;在此基础上,着重对国内外反无人机技术的发展现状进行了深入分析,对现有反无人机技术体系的组成及相关系统的优缺点进行了综述。此外,结合低空反无人机系统研发的智能化、一体化、自主化问题,分析并讨论了低空反无人机中探测与防护关键技术的未来发展趋势。     

一种地理围栏内无人机航迹跟踪方法

针对UTM体制中无人机在地理围栏内的飞行监视问题,提出一种约束状态相关模态转换混合估计算法(CSDTHE)。采用随机线性混杂系统模型对无人机运动状态进行建模,利用CV、CT和CA三种模态描述无人机的飞行状态,以构建地理围栏内无人机运行的通用模态转换模型框架。利用飞行模态改变点(FMCP)定义相关模态转换参数,设计模态转换条件,生成模态转换概率矩阵,从而建立与状态相关的模态转换模型。运用约束卡尔曼滤波(CKF)方法对直线阶段和转弯阶段的无人机运动速度分别施加等式约束,并通过仿真实验验证了CSDTHE算法对无人机跟踪的有效性。     

基于遗传模拟退火算法的无人机航迹规划

航迹规划技术是无人机任务规划系统中重要的核心技术之一,无人机飞行空间广阔,需要一种快速搜索最佳路径的方法.首先在飞行区域中建立数字地图模型和防空威胁区模型,在满足无人机飞行约束条件的情况下,为无人机航迹规划提供一种遗传模拟退火算法,充分利用模拟退化算法的概率突跳特性和遗传算法强大的快速搜索能力.仿真结果表明,使用该算法无人机能够自动避开模拟数字地图的威胁区,搜索出一条安全有效航迹,并保证航线的完整性和最优性.