一种小型自主飞行无人机系统集成设计研究

小型自主飞行无人机系统又称为空中机器人,泛指各种能够在空中自由飞行的无人飞行器系统,具有广泛的应用前景.论述了一种5kg小型自主飞行无人机系统的飞行平台的设计与实现、系统选择与集成、图像处理的方法、电磁兼容问题及解决措施等,最终成功地实现了自主飞行,并在"枭龙杯"中国空中机器人大赛上获奖.设计方法在无人机系统试飞和比赛中都得到了验证,证明是有效的.     

一种自主飞行的小型无人机系统设计

介绍了小型无人机系统的总体结构,分析了无人机的结构设计和算法,阐述了弹射起飞系统和伞降着陆系统的设计原理,采用嵌入式系统和GPS设计无人机的飞行姿态控制、导航控制、任务控制系统和数据链,实现了空中机器人的自主飞行。     

智能无人机综述

无 人 机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是指不经由驾驶员直接操作,可自主或通过远程控制完成飞行行为及其他一些特定动作的空中机器人系统. 无人机技术的关键问题就是如何设计合理的控制方式代替飞机驾驶员在有人机系统中的位置.根据无人机不同的控制方式,可将无人机系统分成以下3类[1-5]. (1)基站控制. 基站控制式无人机也称为遥控无人机(Remotely Piloted Vehicle,RPV).在无人机飞行的过程中,需要地面基站的操作员持续不断地向被控无人机发出操作指令.从本质上来看,基站控制式无人机就是结构复杂的无线电控制飞行器.由于无线电控制技术在空间上的局限性,现代无人机已经很少采用纯粹的基站控制方式来实现无人驾驶.     

视觉与惯性融合的多旋翼飞行机器人室内定位技术

随着人工智能技术的发展，无人机的应用场景趋向多元，人们对无人机的需求也不仅仅满足于简单的飞行任务，而是赋予其飞行机器人的角色，对其自主导航、复杂环境下的定位以及智能协同方面提出了更高的要求。针对室内场景下的定位需求，融合视觉与惯性数据实现了多旋翼飞行机器人的室内定位。在视觉前端加入图像增强算法以提高图像灰度对比度，减少了光流跟踪的误匹配点数。提出了一种基于图像信息的特征点提取和图像帧发布策略提高了定位精度，解决了室内环境下的定位漂移问题。针对飞行机器人室内自主跟踪及降落任务，设计了基于视觉定位的飞行机器人自主降落系统。在Gazebo中搭建飞行机器人模型仿真验证自主降落系统有效性，在EuRoC数据集下对定位算法进行对比评估，搭建飞行机器人平台在真实场景下进行室内定位实验，完成了室内场景下平台自主跟踪及降落任务，并采用运动捕捉系统获取的定位真值数据进行了误差分析，结果表明该定位技术满足室内场景下的自主跟踪及降落任务需求。     

无人机(固定翼)空中飞行规律研究

对揭示和描述无人驾驶飞行器空中飞行规律的运动方程的推导过程,和运动方程中各个参数物理概念进行了详实的分析,并将无人飞行器的运动方程与有人机运动方程进行了对比研究,结果表明:无人机、导弹和有人机空中飞行遵循同一个飞行规律。     

无人机自主飞行控制器设计

为实现无人机空中自主飞行,基于某样例无人机进行了飞行控制系统的设计。首先,考虑风场、发动机安装角、气动反扭力矩等因素的影响,建立了无人机空中飞行全量非线性动力学模型。在此基础上,以根轨迹极点配置为理论基础,进行了PID控制律的设计,并通过非线性系统数字仿真,证明了在顺风风速小于10 m/s、侧风风速小于15 m/s、下垂风风速小于3 m/s的条件下,无人机爬升/下滑、平飞和盘旋模态的稳定性。最后,在外场顺风风速不大于5 m/s、侧风风速不大于10 m/s、下垂风风速不大于0.5 m/s的环境下进行了空中飞行试验,完成了飞行任务要求,其俯仰角静差、滚转角均为0,高度控制静差小于1 m,各参数均优于国军标要求。     

世界变稳机简史(一)

总所周知,飞机的运动规律取决于飞机的的气动外形,而如何获得飞机的飞行特性,如何设计新型飞行器控制方案,这是人类在一百多年以来的飞行历史中无时无刻不在关注的话题.在飞行器研制过程中,实验平台的意义十分重大,它为新机的飞行提供了重要的实验数据.当前十分热门的飞行器研究平台——可变稳定性飞机和空中模拟器正是对飞机的飞行动力学...     

美国陆军规划无人机系统发展方向

<正> 美国陆军在最新公布的《美国陆军无人机系统路线图(2010-2035)》中,强调了"可选驾驶模式飞行器"(OPV)概念,希望通过近期、中期和远期计划,使无人机队在未来产生质的飞跃。 4月15日,美国陆军首次公布了《美国陆军无人机系统路线图(2010～2035)》(以下简称《路线图》),提出了现役飞行平台在未来25年内将逐步转变为全无人驾驶飞行模式的设想。同一天,美国陆军副总参谋彼得·卡莱利将军在美     

无人机通用型智能化飞行控制与管理系统

各式各样的无人机相继问世,在军用、民用和科研等领域发挥出越来越重要的作用.无人机飞行控制与管理系统是一种具有高性能的自主导航、自主飞行控制、任务管理的综合系统.无人机飞行控制与管理系统作为无人机的神经系统,对无人机的性能和安全性起着决定性的作用.对此类飞行控制系统的技术研究一直受到航空发达国家的高度重视.     

无人机飞行有效载荷计算与载荷平台研究

飞行载荷计算及载荷平台开发是无人机设计研发的重要步骤,准确的载荷计算能够确保机体结构承载与传力合理,实现无人机机体轻量化的设计目标。提出一种考虑惯性载荷的飞行载荷计算方法,基于流体网格计算单元对单元内飞行载荷算法进行研究,并根据该算法编写和开发无人机载荷平台,通过算例分析并结合部分数据进行验证。结果表明：本文提出的计算方法和载荷平台处理数据正确,开发的平台实用且已经成功运用于某型高速飞行器的设计过程。     

小型无人侦察机飞行控制系统设计

论述了一种小型无人侦察机飞行控制系统的基本设计思想。分别对该系统的基本功能及组成、基本控制规律及控制原理(自动驾驶仪控制规律、发动机控制、侦察设备控制与回收控制)、数字仿真、电磁兼容设计与有关控制软件设计等问题进行了详细介绍。     

无人机动态飞行参数处理及应用策略

飞行参数处理能够有效地评价无人机在飞行过程中的行为,将其与故障注入技术相集成能够合成测试无人机系统可靠性的完整技术。文中结合无人机的特点提出了一种面向飞行参数时序数据流的飞行参数处理方案,利用飞行参数处理技术实时判读无人机的行为,监测机载设备故障在无人机系统中的传播过程。首先在分析无人机飞行参数数据特征的基础上,着重研究了飞行参数实时数据采集和数据处理方法;然后构造了一个实际的飞行参数处理系统UAVFDD_01,并分析了动态飞行参数处理过程。系统可靠性测试试验结果表明设计的系统能够满足无人机可靠性测试的要求。     

基于角加速度估计的非线性增量动态逆控制及试飞

针对非线性增量动态逆（INDI）控制方法运用到飞行试验时需要进行状态量导数（角加速度）的实时估计并且存在延迟等问题进行了研究,并给出了工程应用上的实际解决方案。对试飞无人机（UAV）平台进行了动力学建模,利用非线性增量动态逆控制方法和控制器分层设计方法设计了无人机姿态控制系统。采用卡尔曼滤波器设计了角加速度估计器为控制律提供角加速度实时反馈。通过基于模型的控制系统设计方法将控制律实现,并进行实际试飞试验。结果表明：该控制方法工程上可实现,具备良好的鲁棒性和指令跟踪能力。     

Transition characteristics for a small tail-sitter unmanned aerial vehicle

Research on the transition phase of tail-sitter Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is crucial for trajectory planning and performance analysis. This study focuses on the analysis of the transition characteristics and path of a small dual-rotor tail-sitter UAV, including static and dynamic computations. The system input time delay and actuator dynamics are specifically considered during the dynamic analysis, and these actual physical properties ensure that the computation results are reliable and reasonable. The UAV steady-state limit is obtained through static analysis, which is also adopted to verify the correctness of the dynamic results. In regard to the dynamic analysis, several typical transition approaches are computed based on different initial states and optimization objective functions, and the different computations are applicable under specific task conditions. The off-line dynamic results of the transition path and actuator output sequence could also be adopted as reference values for the transition process during real flight. A comparison of the static and dynamic results illustrates the necessity of combining these two methods for UAV transition characteristic analysis. Furthermore, the UAV conceptual parameters related to the transition path are also studied, and the obtained quantitative characteristics provide feedback for the UAV conceptual design.     

垂直起降无人机总体方案分析及控制策略综合研究

垂直起降无人机是垂直起降技术和无人机的结合体。它既有直升机的垂直起降和悬停能力,又具有固定翼飞机的速度快、航程远的特点。同时,它还具备一般无人机的基本特点,可满足执行特殊任务的需要。因无需考虑机载人员的因素,垂直起降无人机可以采用的垂直起降和总体设计方案更加灵活和多样。本文在分析现有各种垂直起降无人机方案的基础上,提出了“双旋翼尾坐式飞翼”布局,并在随后对其进行了详细参数确定和性能估算。最后,对其进行了控制策略的研究。     

无人机近距编队飞行建模与仿真

无人机编队飞行有着单架无人机无法比拟的优点,但属于较新的研究领域。从无人机未来发展需求出发,根据近距编队的特点,提出了一种近距编队控制方法,并以双机近距编队为基础对控制律设计和算法实现进行了研究。通过建立僚机旋转参考系下的双机编队相对运动模型,同时考虑长机翼尖涡对僚机产生的气动耦合效应,基于PI控制设计了一种无人机近距编队飞行控制器,通过仿真验证和比较分析,证明僚机可以很好地跟随长机的机动保持编队构型,验证了提出的编队飞行控制方法的可行性和有效性。     

基于模型的大气数据计算机实现

针对无人机用大气数据计算机,为使其满足适航审定要求,提出基于模型的实现方法。首先介绍了大气数据计算机获取适航的方式,并以获取技术标准规定项目批准书(CTSOA)为驱动,按照大气数据计算机CTSO标准提出满足最低性能标准的系统需求,将系统需求进行分解选择合适的传感器及硬件平台。随后对系统功能进行详细设计,并按照DO-178B规范完成大气数据计算机的模型搭建和仿真验证。验证结果表明,基于模型的大气数据计算机满足系统所提各项指标,开发流程符合DO-178B标准。     

Robustness evaluation method for unmanned aerial vehicle swarms based on complex network theory

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) swarms have been foreseen to play an important role in military applications in the future, wherein they will be frequently subjected to different disturbances and destructions such as attacks and equipment faults. Therefore, a sophisticated robustness evaluation mechanism is of considerable importance for the reliable functioning of the UAV swarms. However, their complex characteristics and irregular dynamic evolution make them extremely challenging and uncertain to evaluate the robustness of such a system. In this paper, a complex network theory-based robustness evaluation method for a UAV swarming system is proposed. This method takes into account the dynamic evolution of UAV swarms, including dynamic reconfiguration and information correlation. The paper analyzes and models the aforementioned dynamic evolution and establishes a comprehensive robustness metric and two evaluation strategies. The robustness evaluation method and algorithms considering dynamic reconfiguration and information correlation are developed. Finally, the validity of the proposed method is verified by conducting a case study analysis. The results can further provide some guidance and reference for the robust design, mission planning and decision-making of UAV swarms.     

无人驾驶飞行器的气动特点和设计

首先论述了发展无人驾驶飞行器(UAV)的重要性,集中介绍了2种UAV的平台,包括:高空长航时UAV和无人战斗机(UCAV)。讨论了这2种飞行器空气动力特点和气动设计的主要问题。对于高空长航时UAV设计中要重点发展的专用翼型的设计,介绍了一种新型的杂交设计思想和提出了基于CFD技术的多目标多点优化设计的工具。讨论了此类飞行器三维机翼设计的基本要求和三维后掠自然层流机翼的设计。UCAV设计中强调了气动/隐身综合设计的重要性,讨论了无尾布局时新型先进气动控制和矢量推进相结合的必要和难点。