某小型无人机编队控制器设计及试飞验证

以某小型固定翼无人机作为研究平台,按前向、侧向和垂直方向3个通道设计僚机编队控制器.利用自动驾驶仪的航路飞行模态简化侧向通道编队控制器的设计,并采用在长机航向角发生较大变化时加入基于视线方位角的方法,使僚机保持编队精度.试验结果表明,所提出的编队算法是可用的,并能够很好地控制无人机的编队飞行精度.     

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。     

异构多智能体系统分组输出时变编队跟踪控制

空地协同控制是前沿的热点研究之一,以无人机、无人车为代表的空地智能体动力学模型的差异为研究带来了挑战。研究了高阶异构多智能体系统在有向拓扑条件下的分组输出时变编队跟踪控制问题,提出了虚拟领导者、分组领导者以及跟随者组成的三层协同控制架构。虚拟领导者用于规划整个多智能体系统的状态轨迹,分组领导者跟踪虚拟领导者所提供的轨迹信息,并相互协作以实现分组间的协同配合。跟随者跟踪分组领导者的输出并实现期望的输出编队。在有向通信拓扑结构条件下,基于局部邻居间的相对信息、观测器理论和滑模控制理论构造了控制协议,利用Lyapunov稳定性理论证明协议的有效性。数值仿真结果表明提出的方法能够实现无人机、无人车等异构智能体的空地协同,具有较好的工程应用价值。     

攻击机动目标的多导弹分布式协同制导律

在分布式通信和增广比例导引的基础上,基于网络同步原理设计了一种多导弹拦截机动目标的分布式协同制导律.该分布式协同制导律由导弹本地导引律和分布式协调策略两部分组成:本地导引律由增广比例导引得到;基于网络同步原理设计了导弹之间的分布式协调策略,实现多弹对机动目标的同时协同攻击.该分布式协同制导律只需要视距内相邻导弹之间传输状态信息,具有通信量小、可扩展性好等特点.仿真结果表明多弹网络系统采用该制导律能够有效地协同攻击机动目标.     

行人导航系统中的MEMS误差在线修正技术

在基于微惯性器件的行人导航系统中,陀螺仪和加速度计的偏移是降低系统定位精度的重要因素。传统的标定方法大多在实验室中进行,后续导航解算都是基于标定后的固定模型,然而MEMS器件长时间工作后,标定模型参数发生变化会导致系统导航性能下降。通过分析行人导航系统及MEMS器件的特点,提出了一种基于误差模型的MEMS器件参数在线修正方法。根据行人行走的特点,检测并区分行走过程中的可修正区间与不修正区间。在可修正区间基于逆向解算算法实现了对陀螺仪和加速度计零偏的在线修正,并提出了主航向反馈修正算法,提高了行人导航系统长时间导航性能。实验结果表明,40m行走实验中,系统定位精度提升了9.07%;300m行走实验中,系统定位精度提升了13.14%。     

拦截高超声速目标的异类导弹协同制导律

对于多导弹协同拦截高超声速目标的问题,设计了一种具有领弹-从弹拓扑结构的异类导弹协同制导律:配备有高性能导引头的领弹采用改进比例导引法拦截目标;未配备导引头的从弹利用通信手段,采用二阶一致性跟踪算法,对领弹进行跟踪。两类导弹同时命中目标,形成"多对一"的拦截态势。异构型的制导策略可以降低对导引设备的需求,具备较理想的作战效费比。领弹与从弹的弹道均源于改进比例导引法,具有较理想的弹道特性。给出了协同制导律在固定拓扑与切换拓扑下成立的充分条件。算例仿真验证了所提出的制导律能够实现对高超声速目标的协同拦截,具有良好的可行性。     

基于序列二次规划优化阈值的NSCT高斯噪声图像滤波方法

提出了一种基于序列二次规划(SQP)优化阈值的非下采样Contourlet变换(NSCT)图像高斯白噪声去除方法。该方法利用广义交叉验证(GCV)准则作为优化指标,使用序列二次规划算法对NSCT域的去噪阈值进行优化,能够在噪声方差等图像先验知识未知的情况下得到最优去噪阈值。确定阈值后,采用非线性阈值函数对Contourlet系数进行处理。实验结果表明与其他Contourlet域去噪方法相比,该方法能有效去除图像的高斯白噪声,提高图像的峰值信噪比,并较好地保留图像的边缘信息。     

多导弹分布式自适应协同制导方法

针对多导弹的齐射攻击问题,提出了一种具有异构"领弹-被领弹"的分布式自适应协同制导方法.该方法在局部通信和传统比例导引基础上,基于分布式网络同步原理设计了领弹和被领弹的分布式协同制导律.领弹的分布协同制导基于固定系数的比例导引律,而被领弹的分布协同制导则基于自适应可变系数的比例导引律,并设计了被领弹比例导引系数的分布式自适应调节规律.给出了5枚导弹协同目标攻击的仿真结果,验证了该自适应分布式协同制导算法的有效性.     

无人机网络中数控分离的安全传输机制

数据和飞控指令的安全性是无人机网络安全性的一个重要方面。针对现有的无人机网络安全机制中的不足，本文提出了一种数控分离的安全传输机制。针对无人机向地面站发送的数据采用基于高级加密标准的计数器和密文分组链接消息认证码（AES-CCM）认证加密机制的数据安全传输协议，保证数据的机密性和完整性，针对地面站向无人机发送的飞控指令设计了基于一次签名的飞控广播认证协议，保证飞控指令的完整性。通过安全性分析，证明所提出的方案能够保护数据的机密性和完整性，以及飞控指令的完整性。最后，通过仿真试验分析了所提出方案的性能，结果表明，所提出的数据安全传输协议发送100B和1KB的消息时，平均每个消息的认证加密时间和解密验证时间均不超过1ms；所提出的飞控广播认证协议在使用不同的哈希函数时，对1MB的飞控指令生成签名和验证签名的时间为1～2.7ms，在实际应用中具有高效性。