基于复杂网络的无人机飞行冲突解脱算法

为解决局部空域内的无人机（UAV）群相撞和可能发生连锁碰撞问题,创新地以复杂网络理论为基础,将无人机群的飞行冲突解脱分为关键节点选择和避撞方向选择2个步骤实施,最大限度地保证无人机群受威胁时的安全性。通过分析无人机群的状态信息,选择最重要无人机（关键节点）进行避撞,同时遵循鲁棒性最小原则进行避撞方向选择。通过2个典型无人机飞行案例的仿真实验,验证该策略不仅可以有效解决当前无人机的冲突问题,而且可以防止连锁碰撞,实现整体的最优化。大量仿真实验验证了所提算法的可行性和可扩展性,以及与随机选择方向避撞算法进行比较,结果表明该算法能够提升无人机群的安全性。     

基于相对方向的非线性无人机群反步编队跟踪控制

针对具有未知动态模型的非线性无人机群的编队问题，设计了基于神经网络的反步控制策略。首先，通过径向基(RBF)神经网络来逼近无人机的未知非线性动态，增加系统的鲁棒性和抗扰能力；然后，引入方向刚性图理论，结合反步控制策略，设计了仅基于方向信息的无人机群编队分布式控制器，并通过Lyapunov方法证明了控制系统的稳定性；最后，通过Simulink仿真验证了控制器的有效性。     

基于TopLeader的异构群无人飞行器联盟成员选择方法

任务协作是无人飞行器协同的一项重要内容,而如何从中选择合适的成员以联盟的形式执行任务是一个复杂的决策问题。本文针对异构群无人飞行器联盟成员选择问题进行了研究,提出了一种从特定种子节点出发的联盟成员选择算法(Top Leader),该方法通过提前筛选种子节点,可在联盟构建时大幅降低成员选择的搜索范围,提高算法执行效率。采用Diameter、MST和Cardinality三种性能评价指标在模拟网络中的试验结果表明,该算法构建的任务协作联盟具有优异的质量和较低的运行时间,可快速得到满足任务需求的异构群无人飞行器联盟结构。     

基于小脑模型关节控制器的无人机集群快速终端滑模容错控制

针对受执行器故障和外界干扰影响的集群无人机（UAV）协同编队控制问题，提出了一种自适应快速非奇异积分滑模（FNISM）容错控制（FTC）方法。为使集群无人机在执行任务时具有良好的协同跟踪性能，通过对无人机实际飞行情况的分析，考虑了无人机编队飞行时的执行器故障和尾涡扰动等对跟踪性能的不利影响。采用小脑模型关节控制器神经网络（CMANN）来估计并消除外部干扰的影响，同时运用CMANN逼近补偿执行器故障。研究表明：所提出的容错控制方案可以保证无人机编队闭环系统在故障情况下的最终一致有界稳定，并且可以通过减小滑模设计参数提高收敛速度，通过增大虚拟和实际控制器参数提高控制精度。4架无人机的集群编队在该方法、基于径向基神经网络（RBFNN）的鲁棒动态面容错控制、比例微分（PD）滑模容错控制3种方法下的对比仿真结果表明该方法在无人机集群编队出现故障时具有更优异的协同控制性能。     

面向任务需求的模块化无人机配置方法

为了实现成本约束下面向任务需求的模块化无人机（UAVs）高效配置，基于无人机需求集和模块备选元素集，构建了任务需求与模块备选元素之间的关联矩阵；以无人机总体成本为约束条件，建立了需求满意度评价模型，引入了改进粒子群算法以获得无人机专用模块的最优配置方案，并通过算例与其他2种优化算法对比，验证了本文优化算法的有效性，进而提出了一种面向模块化无人机的配置方法。以某任务场景为例，在预定成本约束下构建了3型无人机的模块配置方案，并与文献中的单兵无人机参数配置进行对比，验证了配置方案的合理性。结合不同配置方案的成本计算结果表明，提出的模块化无人机配置方法能够实现无人机性能、成本与多种任务用途需求的协同匹配。在此基础之上，开展了模块化无人机多个配置方案单体成本、面向任务运用成本的对比分析，探讨了无人机配置参数对其单机及集群运用成本的影响规律，间接验证了本文算法对无人机单机及集群运用成本控制的支撑作用。     

空中交通网络模体识别及子图结构韧性评估

研究空中交通网络的结构特征是理解网络性质的重要手段。从局部角度出发,以构成空中交通网络的子图结构为研究对象,对其模体特性进行识别。通过对子图浓度在外界扰动下的变化情况进行分析,提出子图结构韧性概念以表征网络拓扑结构的动态演化规律。以华东地区空中交通网络为例,对低阶子图结构进行了模体特性识别,并对不同扰动下子图结构韧性的变化情况进行评估。实证结果表明,子图结构的模体特性符合空中交通网络的实际连通度需求;在网络受扰动及恢复过程中,子图相对浓度较为稳定,子图结构韧性和网络宏观结构变化之间较为一致。对于揭示节点间连接的偏好及航路结构合理性,网络受扰动及恢复过程背后的底层机制,网络整体与局部结构之间的关系等有着一定的研究意义。     

基于变权重变异鸽群优化的无人机空中加油自抗扰控制器设计

针对空中加油过程中的受油机模型建模误差和强扰动以及自抗扰控制器（ADRC）人工参数整定难的问题，提出了一种基于变权重变异鸽群优化（VWMPIO）算法的无人机自抗扰控制器优化算法。首先，给出了六自由度无人机（UAV）模型，基于自抗扰控制结构设计了一种受油机的姿态控制器，在此基础上用所提出的变权重变异鸽群优化算法整定了自抗扰控制器参数。随后，将变权重变异鸽群优化与其他基本鸽群优化算法、粒子群优化算法进行了实验对比，并从控制性能和抗噪声性能的角度对自抗扰控制器和传统的比例-微分-积分（PID）控制器进行了仿真对比。实验结果表明所提算法能提高复杂态势环境下无人机空中加油的控制精度和扰动抑制性能。     

基于改进人工势场算法的无人机群避障算法研究

针对无人机运动避障人工势场算法本身存在的极小值问题和局部最小值问题，采用改进的人工势场算法，提出了一种新的路径规划方法。不同于目前的人工势场法，该模型从双机相互作用开始，在障碍物斥力的基础上，增加了无人机之间的斥力，同时定义集群的前置形心作为另一个引力源。算法分析表明，该方法能够有效避免无人机陷入局部最小值，并增强了无人机机群的控制和避障能力。基于该无人机控制模型，给出了路径规划设计并进行了仿真实验。实验结果表明，基于该模型的无人机机群控制具有更好的避障性能和追踪目标的能力。     

一种基于信息素图的无人机高效通信覆盖方法

因无人机灵活性强，覆盖效果好，越来越多的实际情境中选择借助多无人机进行高效的通信覆盖。而实际应用中，对于多无人机系统灵活性、低时延、长续航及安全性的要求需重点考量。为提高无人机持续通信覆盖效果，在无人机相对稀疏这一具体情况下，提出了一种基于信息素图的、限制无人机转弯半径的分布式无人机自主规划通信覆盖方法，保证其灵活性、低时延及长续航的性能；通过引入锚节点，设计了信息素向导信息的交互模型，保证了无人机的安全性。该方法在待覆盖区域最大接入时间间隔方面远优于半随机择取航向的方式，同时平均接入时间间隔下降约15%;对比无地理价值描述的普通信息素图，该方法的平均接入时间间隔与最大接入时间间隔均下降约6%。通过无人机间的解耦，避免了分布式方法面临的无人机间异步问题。     

无人机-无人车异构时变编队控制与扰动抑制

研究了无人机-无人车异构系统时变输出编队控制与扰动抑制问题，要求多无人机与无人车在受到未知外部扰动的情况下，保持设计的输出时变编队构型。首先，对无人机与无人车进行单体运动学与动力学建模，同时建立扰动模型，并引入代数图论概念，建立异构集群系统的协同控制模型。然后，对各无人机-无人车设计了具有分层架构的分布式时变输出编队控制器，包含基于一致性理论的编队中心估计项和基于内模原理的扰动抑制补偿项。进一步分析异构系统实现输出时变编队的可行性条件，给出了分布式编队控制器的参数选取算法，并证明了时变编队控制器构成的闭环系统的稳定性。最后，通过仿真算例来验证所设计的编队控制器的有效性。     

雷诺数对高空长航时无人机发动机调节计划和性能影响

在发动机性能模拟中引入雷诺数对发动机部件性能影响的修正，分析了某大涵道比涡扇发动机用作高空长航时无人机动力装置时，雷诺数对调节计划和性能的影响。通过数值计算获得了在高空条件下发动机推力、耗油率、转速以及涡轮前温度等重要特性受雷诺数影响的变化情况，为高空长航时无人机动力选型提供了参考依据。针对该类型发动机特点，提出了改善发动机性能的措施。     

多无人机监控航路规划

为了提高监控任务的效率，在执行任务前必须规划设计出高效的无人机飞行航路。针对这一问题，考虑在任务区域内进行多无人机监控航路优化存在计算的复杂性和收敛性以及计算数据量限制等问题，采用分散式方法对监控航路进行了优化，并以无人机的监控任务为例提出了一种监控效率指标评估的计算方法，解决了航路规划中的监控效率量化问题。通过该方法得到的无人机监控任务的飞行航路可以有效地提高无人机的监控效率。     

伸缩套臂式无人机空基回收建模与对接控制

针对无可靠陆基/舰基回收平台情况下小型固定翼无人机（UAV）远程作战空基回收难题，提出一种伸缩套臂抓取式空基回收建模与对接控制方法。首先，受硬式空中加油技术启发，提出一种伸缩套臂式抓取无人机空基回收方法，并采用转动惯量质量投影法及拉格朗日方程法构建伸缩套臂仿射非线性模型；继而，分析了母机尾涡及常值风扰动综合作用下伸缩套臂的气动特性；其次，针对伸缩套臂三通道中扰流关联项和不可测瞬变模型扰动构成的系统集总扰动，分别设计了可在有限时间内收敛的非奇异快速终端滑模干扰观测器对其进行准确估计，并在控制器设计中予以前馈补偿；然后，为实现多重扰流下伸缩套臂快速精准空中对接，提出一种基于干扰观测的非奇异快速终端滑模对接控制方法，并分析了闭环系统稳定性。最后，通过仿真验证表明，所提出的方法能够在多重气流扰动下实现伸缩套臂的快速、精准空中对接控制，同时兼备较好的抗干扰性能。     

开发货运无人机项目

无人机是当今航空武器发展的一个热点。时至今日,无人机不仅技术和性能水平大幅提高,其任务范围也得到了很大的拓展。随着各种先进技术的发展与进步,无人货运飞机也将步无人战斗机的后尘,在不久之后成为现实。     

大跨时空任务背景下的太阳能无人机任务规划技术研究进展

通过任务规划技术合理的优化太阳能无人机的飞行轨迹和动力学参数，能够有效提高太阳能无人机的能量利用率，使其胜任许多大范围跨时间跨空间飞行任务。从能量建模、续航评估和能量管理策略3个方面对大跨时空任务背景下太阳能无人机任务规划技术的研究进展进行了综述。在能量建模方面，介绍了当前主流的太阳辐射模型和能量生产基本框架；在续航评估方面，分析了目前的指标设计和应用方法；在能量管理策略方面，从能量综合应用、风力滑翔机制、轨迹优化方法和面向特定任务的应用4个角度，梳理了当前的研究现状。最后，对该领域未来可能的研究方向进行了展望。     

基于自抗扰控制的共轴直升机姿态控制律设计

以某型共轴双旋翼无人直升机作为研究对象,对无人机返航进场与降落着舰阶段的抗扰动问题进行研究。针对海上着舰环境下的外界干扰与不确定性问题,选用自抗扰控制器设计共轴直升机姿态控制律,以提高共轴直升机对外部扰动的抗扰性能。针对自抗扰控制律调整参数过多问题,设计改进粒子群算法进行自动参数优化。仿真结果表明:改进粒子群算法能够显著提高参数整定速度,且精度更高;优化参数后的自抗扰控制律在强干扰环境下具备良好的动态响应与鲁棒性。     

无人机推进系统技术研究

不同用途的无人机由于其任务使命不同,对推进系统的要求也有较大差异.本文介绍了短寿命无人侦察飞机(URAV)、隐身无人作战飞机(UCAV)和高空长航时无人机(HALE UAV)推进系统的特点,分析了各种无人机对推进系统的要求以及推进系统技术对无人机性能的影响等.     

关注无人攻击机的发展

简要回顾了无人机的发展过程及其在战争中的作用，无人机技术的发展和完善使无人攻击机的出现成为可能；介绍了无人攻击机的发展现状及各国的重视程度，分析了无人攻击机的技术特点和存在问题，根据美俄两国发展作战飞机的惯例和规律，展望了无人攻击机的发展前景。     

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。     

多无人机协同覆盖路径规划

多无人机协同覆盖路径规划(CPP)由于其并行性和容错能力,对于提高无人机完成侦察、监视、搜索等任务的效率具有重要意义。提出了一种基于无人机任务性能评价和任务区域划分的多无人机协同CPP算法。定量分析了无人机执行覆盖任务的能力,根据无人机及携带成像传感器的性能给出了计算无人机任务性能指数的数学公式;提出了一种基于任务性能和子区域宽度的任务区域划分算法,使无人机的总转弯次数达到最少。仿真结果表明,所提出的CPP算法能够规划出全局最优的多无人机协同覆盖路径。