Managing Complexity in an Autonomous Vehicle

Team Tormenta fielded an autonomous vehicle in the DARPA Grand Challenge 2005. Limiting the complexity of the autonomous system design, construction, and testing was crucial in rapidly designing a cost-effective working system. This approach allowed Team Tormenta to field a competitive vehicle on a low budget competing in the qualification trials.     

一种新的容错蛀洞路由算法

研究了蛀洞网络的容错路由问题,提出了一种新的重新路由算法。与已知算法不同的是,该算法不需要虚拟信道,适用于任何网络拓扑结构和任意确定的路由策略,只要保证网络连通,也可适用于任意数目的故障信道。模拟结果表明,与现有方法相比,本文提出的方法在网格结构下具有更好或类似的性能。     

混合SDN的多目标路由优化算法

为充分利用SDN(Software Defined Network,软件定义网络)节点的优势来优化网络性能,混合SDN的流量工程成为当前的研究热点,而路由优化是实现流量工程目标的重要策略之一.但是,当前混合SDN的流量工程中未考虑网络整体的负载均衡以及SDN节点的处理能力.针对上述问题,提出了一种多目标路由优化算法——MCS(Minimum Cost Sum,最小化代价和),综合考虑整个网络的传输延迟与链路利用率,同时保证SDN节点的处理能力满足实际约束,最终实现全网综合性能的最优化.实验结果表明,当网络整体负载较轻,MCS与现有的SOTE(SDN/OSPF Traffic Engineering,软件定义网络/开放最短路径优先流量工程)算法性能相近;而当网络负载加重时,MCS相比于SOTE,可将网络负载降低约9％,因此,MCS算法具有更高的优化能力.     

无人机的自主飞行控制

随着自主控制技术的发展,无人机在使用范围上将有较大的突破.高新技术的飞速发展及其在无人机上的不断应用,使无人机向多功能、快速反应及高可靠性方向发展.     

无人水面艇自主导航技术

作为无人水面艇的关键技术之一,自主导航技术决定着无人水面艇自主航行能力的高低。结合无人水面艇在实际航行和作业过程中自主导航所面临的问题,对无人水面艇组合导航及完好性监测技术、协同导航技术、路径规划技术和环境感知技术目前的现状、不足和发展趋势进行了总结和分析。为了更加精确、可靠地进行安全导航定位,即插即用全源导航是无人水面艇可采用的一种导航方式,并在此基础上开展了组合导航完好性监测工作。多目标规划综合最优及基于分层策略的自适应路径规划方法是解决动态时变环境下路径规划问题的有效途径。深度学习、数据挖掘、信息融合等人工智能技术将在提高环境感知信息的本质特征表述、充分挖掘多元异构数据间的有效信息,以及构建信息全面、立体、可靠的三维环境模型方面发挥主导性作用。     

自主姿态测量最优算法研究

针对利用地球重力场和磁场矢量观测进行自主姿态测量的应用问题,提出了一种新的最优递推估计算法。该算法采用卡尔曼滤波框架,利用加权统计线性回归并结合自适应滤波技术进行测量更新,与现有方法相比,在提高测量精度的同时,增加了同步提供姿态速率信息的功能。仿真结果表明,新算法的姿态估计精度比目前常用的直接计算方法提高近两倍。     

Modified Grid Algorithm for Noisy All-Sky Autonomous Star Identification

Grid algorithm is a classical algorithm for all-sky autonomous star identification. However its recognition rate decreases rapidly when the position and magnitude noise increases in the star image. In order to overcome this problem, a modified grid algorithm called the "elastic gray grid algorithm" is proposed. Gray pattern and elastic template matching are introduced into the grid algorithm to enhance its ability to tolerate the position and magnitude noise. Experimental results show that the modified grid algorithm performs better compared with the original one. The elastic gray grid algorithm reached up to a 100% recognition rate under random positional noise in our test bed. Furthermore it increases the original recognition rate from 69.86% to 97%, under the same condition, for both the position and the magnitude noise.     

空天飞行器建模分析与自主重构

空天飞行器(ASV)跨临近空间飞行,具有高超声速、大飞行包线、参数时变等特征,必须应对故障、环境变化等高度不确定因素进行自主重构。研究和建立了ASV运动学模型,分析了时域、频域特性以及参数变化和运动特性,研究了纵向静稳定性、舵面操纵特性等与高度、马赫数的关系;提出了自主重构方案,给出了一种控制效益在线估计算法,提出并证明了可估计的充分条件;提出了基于模糊逻辑的线性规划重构算法,根据控制效益的实时估计结果对冗余异类效应器智能地进行控制分配。数值仿真验证了估计算法的稳定性和鲁棒性,说明该方案能够实现飞行器自主适应性重构,可应用于临近空间飞行器自适应控制等领域。     

基于嵌入式的水下航行器导航系统设计

设计了以PC104工控计算机为硬件、μC/OS-Ⅱ实时操作系统为软件平台的水下航行器(AUV)导航系统,给出了导航系统的工作原理及基本硬件组成,实现了μC/OS-Ⅱ操作系统在PC104上的移植,介绍了导航软件模块化的设计方案,分析了基于μC/OS-Ⅱ的导航软件的任务划分、任务设计和任务通信等技术要点.该方案能很好地满足系统对实时性的要求,同时能大大降低了开发难度,提高了可读性和可维护性.     

无人机自主防撞关键技术与应用分析

无人机与有人机在多机种和不同合作程度下共享空域飞行是未来的发展趋势,防撞问题成为制约无人机飞出隔离空域的关键挑战。结合现有飞机防撞体系,从无人机防撞特殊性出发分析无人机自主防撞需求,提出无人机自主防撞系统的框架,归纳分析两大主要关键技术——感知探测技术和防撞算法,以及二者的不同应用范围和主要问题,在此基础上提出无人机自主防撞管理体系架构,总结探讨无人机自主防撞关键技术的发展趋势。     

无人水面艇自适应路径跟踪算法

路径跟踪作为无人水面艇（Unmanned Surface Vehicle, USV）控制系统中必不可少的底层模块,受到国内外无人水面艇研究人员的普遍关注。为了提高无人水面艇路径跟踪的准确性和自适应性,提出了一种基于Mamdani模型的自适应模糊LOS控制策略(Mamdani Based on Line-of-Sight,MLOS）。相比传统LOS控制策略,该算法通过模糊控制修正LOS控制参数,削减了速度与LOS制导律之间的耦合,确保了路线跟踪的完成度,并且避免了传统LOS各项参数固定、不能实时调整而导致的船舶操纵性无法被充分利用的缺点。基于欠驱动水面滑行艇数学模型,通过理论分析和仿真试验证明了该算法的优越性和有效性。     

基于异构特征信息匹配的车辆自主定位方法研究

针对车辆在GNSS拒止条件下的定位需求,提出了一种基于多源异构特征信息联合匹配的自主定位方法,并从数据库建立和匹配方法2个方面分别进行了分析研究。提出了基于众包数据的特征信息库建立方法,通过地磁、WLAN、蓝牙、蜂窝网等信息对众包数据进行分段与聚类,利用提出的DBSCAN算法进行地图重构;此外,还提出了基于HMM模型的异构特征联合匹配定位方法,可将多种传感器提供的观测量以特征方式进行联合匹配。试验结果表明,该方法可以很好地解决GNSS拒止条件下的车辆自主定位问题。     

基于蚁群优化的能量均衡自适应路由算法

基于蚁群优化的WSNs路由算法具有蚁群优化自组织性、正反馈性和并行性的特点,在构造无线传感器网络中的最优路由时有很好的性能。但是蚁群优化构造最优解时带来的网络开销十分可观,不适合在路由维护阶段反复使用蚁群优化重构路由。考虑到蚁群优化的上述特点,同时针对无线传感器网络能量受限的特点,提出了一种基于蚁群优化的能量均衡白适应路由算法。该算法使用了新的信息素更新算子,算子中包含了网络能量水平因子,能够均衡网络能量消耗。在路由维护阶段,该算法使用了新的基于侦测蚂蚁的自适应路由维护机制,很好地降低了网络开销。     

多媒体通信中基于可靠性检验的可靠多播路由算法

针对多媒体通信中的可靠性问题,提出了一种基于可靠性检验的可靠多播路由算法,使得用于可靠多播通信的网络资源最小。该算法针对一棵给定的、未考虑可靠性的初始多播树,分别计算源节点到每个多播节点路径上的可靠性,如果该可靠性不能满足相应的可靠性要求,则修改或改变多播树中源节点到此多播节点的路径,使其满足相应的可靠性要求。     

一种新的基于位置信息的路由算法研究

 为航空移动Ad hoc网络(MANET)提出一种基于位置信息的路由算法,即位置网格路由（LBGR）算法,以此来解决节点高速移动引起的路径重建问题。算法中,数据包沿路由发现时得到的网格轨迹进行传输,每个收到数据包的中转节点根据它与相邻节点、目的节点的位置关系及网络轨迹下游的路由网格位置决定下一跳节点。由于利用了网格位置信息,LBGR算法在航空节点高速移动和拓扑变化无法事先预测的情况下,使用较少的开销就可获得稳定的路由。仿真结果表明,与GRID路由算法相比,LBGR算法在节点中高速移动时,能够有效地减少路由开销,提高网络吞吐量。     

无人直升机飞行控制系统设计

基于直升机非线性动力学方程 ,在简化悬停和低速飞行模态的推力扭矩模型的基础之上 ,用多变量线性鲁棒控制、遗传模糊控制和非线性跟踪控制等 3种不同方法 ,设计了飞行控制系统 ,并通过各种飞行仿真验证了飞行控制性能 ,分析与比较了这 3种方法的特点     

面向地面无人平台的仿生偏振光定向算法

仿生偏振光定向为地面无人平台提供了一种新型的低成本、小型化定向方式。设计了一种基于微阵列式偏振光栅的仿生光罗盘,实现了一种加权平均的偏振光定向算法,分析了大气偏振模式误差、太阳位置误差、偏振光传感器误差和水平姿态角误差等因素对航向角估计精度的影响。实验结果表明,动态车载条件下定向误差小于0.5°。     

高空长航时无人机高精度自主定位方法

针对传统基于轨道动力学模型及非线性滤波进行间接敏感地平天文导航定位方法在实际应用中的局限性,提出了一种适用于高空长航时无人机自主导航定位的快速间接敏感地平天文解析定位新方法。分析了星光折射视高度天文量测的机理,导出天文三维定位的解析表达式,详细阐述了利用最小二乘微分校正法代替非线性滤波的天文定位方法,通过直接求解非线性量测方程组即可得到飞行器的精确位置信息,并对这种定位方法的定位精度进行了理论分析。该天文定位方法利用了星光折射间接敏感地平精度高的特点,又不需要飞行器动力学模型也不需要任何先验知识,算法简单可靠,计算量小,而定位精度与传统方法相当。最后,通过计算机仿真,验证了这种天文定位方法的有效性。     

Linux下无人机软件故障注入系统研究与设计

基于linux系统的软件故障注入方法,设计了一个软件故障注入系统UAVFI_L,采用硬件覆盖和故障模型的方法,模拟无人机系统的硬件故障,并着重讨论了在总线上注入故障的试验策略。最后用一台工控机和飞控计算机通讯,注入故障。故障注入试验结果表明了这种方案的正确性和可行性。     

月球巡视探测器自主定向算法研究

月球巡视探测器自主导航是其能在月面执行探测任务的关键,而定向又是月球巡视探测器自主导航的一个重要组成部分,其定向精度将直接影响到月球巡视探测器定位性能。将CCD(ChargeCoupleDevice)太阳敏感器应用到月球巡视探测器上,用太阳敏感器测量太阳位置矢量,结合加速度计测量的重力矢量,利用QUEST算法推算了月球巡视探测器的姿态和航向,为月球巡视探测器构建了一套适用于长时间、长距离导航的绝对定向方案,通过理论分析和实际推算描述了该定向方案的具体实现过程,最后以仿真结果验证了该方案的可行性,为下一步月球巡视探测器定位研究提供了技术参考。