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。     

2019年无人机智能技术发展大会征文通知

<正>为促进学术交流,鼓励科技创新,推动无人机事业快速发展,中国航空学会无人机及微型飞行器分会将于2019年10月下旬举办无人机智能技术发展大会。大会主题为"人工智能与无人机系统",将重点研讨人工智能技术在无人机系统中的应用研究。大会面向全国开展征文,现将有关事项通知如下:一、征文范围1.人工智能在无人机系统中的应用和发展研究;2.智能无人机技术研究;3.认知无人机技术研究;4.先进无人机感知与规避、自主与协调控制、智能决策技术研究;5.先进无人机任务载荷技术研究;     

“忠诚僚机”式有人/ 无人机协同作战概念 与任务管理技术研究

“忠诚僚机”式作战概念定义了有人机与无人机协同作战的新理念，颠覆了传统作战模式。在有人/ 无人机协同作战过程中，有人机以指挥者的角色，对作战任务进行分解、分配与管理。实现有人/ 无人机编队 之间在时间、空间上的协同与配合，而无人机在有人机的指挥下完成侦察与打击等任务。     

基于改进人工势场的无人机编队避障

针对无人机编队飞行过程中的障碍物规避问题,提出了基于改进人工势场的避障控制方法。定义了空域障碍物产生的斥力势场,并给出了无人机规避障碍物的速度场,与基于虚拟长机的队形保持控制方法相结合,使无人机能够在感知到障碍物时使用改进人工势场法避障,并在避障结束后对队形恢复过程进行优化,使无人机能够更迅速恢复原有队形。仿真结果表明,该方法能够有效规避障碍物。     

无人机飞行品质评定准则探讨

基于无人机的任务特性,建议按照任务快速性与精确性的要求将无人机飞行阶段重新划分为4个阶段;在此基础上借鉴有人机飞行品质主观评定方法,修改给出了适用于无人机飞行品质主观评定的Cooper-Harper评价尺度;然后以纵向飞行品质客观评定准则为例,分析了有人机飞行品质评定准则对于无人机飞行品质评定的适用性,认为部分有人机飞行品质准则可借鉴应用于无人机飞行品质评定,但其准则边界必须针对无人机的飞行特性进行修改.通过研究,初步形成了无人机飞行品质评定准则研究框架,对无人机飞行品质评定具有一定的参考价值.     

有人/无人机协同作战运用研究现状与展望

有人/无人机协同是未来作战样式的重要发展方向,对于加快发挥无人机装备的作战价值,与有人机形成优势互补、协同高效的作战体系具有重要意义。首先,总结了近年来国内外在有人/无人机协同作战方面的重点研究项目进展;然后,阐明了有人/无人机协同作战的协同关系与指挥架构,并从规划控制的角度梳理了该领域涉及的关键技术(主要包括协同任务分配、协同航迹规划以及协同飞行控制);最后,对未来有人/无人机协同作战运用的研究发展方向进行了总结和展望。     

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。     

有人机飞行员改无人机操控员的 利弊及其对无人机操控人才培养的启示

针对国内无人机操控人才培养过程中,在选拔对象、飞行经历、培养模式等方面存在的诸多疑问,文章通过分析有人机飞行员与无人机操控员在操控方式、操控感觉、态势感知、信息获取与处理以及交流沟通等方面的异同,探讨了两者间的区别与联系,对有人机飞行员改任无人机操控员的做法进行了深入探讨。研究成果可为我国无人机操控员的培养提供借鉴。     

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。     

无人机的安全性问题

随着无人机应用的迅速扩展,其安全性问题也日益凸显。本文分析了无人机在安全性方面与有人机的区别,在此基础上总结了与无人机安全性相关的三类要素,为提升无人机的安全性提供了参考。     

固定翼无人机航磁探测系统的磁补偿模型分析

近年来,无人机的应用日益广泛,逐渐用于航空物探。在使用固定翼无人机搭载磁力仪进行航磁测量时,必然引入飞行平台干扰,包括与机动无关的干扰和与机动有关的干扰。去除和飞机机动有关的磁干扰,即为磁补偿工作。航磁补偿的经典TOLLES-LAWSON模型将磁干扰分为剩余磁场、感应磁场和涡流磁场。对于固定翼无人机,涡流磁场可以不考虑,将剩余磁场和感应磁场合称为稳态干扰场。主要对飞机干扰的来源和性质进行分析,并在地面设计实验验证铁磁性材料的性质,以加深对磁补偿模型的假设和推导过程的理解。最后,在地面实验平台上测量了飞机磁干扰场的平面分布图,指导航空磁力仪的安装。在将TOLLES-LAWSON模型应用于固定翼无人机航磁探测系统的磁补偿工作时,无人机与有人机相比,在结构和材料方面都有较大差异,因此对模型的物理意义和假设条件的深入理解至关重要,此即本文所述工作成果的出发点。     

低空无人机交通管理概览与建议综述

大量无序飞行的低空无人机运行会对地面设施、公共安全、空中载人飞行器等带来危害。然而,目前民航空中交通管理不能适应未来数以百万架的无人机。为了应对该挑战,世界各国针对低空无人机空中交通管理开发了新框架。低空无人机空中交通管理属于近几年出来的新事物。藉此聚焦于低空无人机交通管理,从4个方面进行概览：低空无人机相关的空中交通基本概念及现状、低空无人机交通管理介绍、低空无人机交通管理的关键技术和低空无人机交通管理相关科学问题,以期望对无人机产业健康发展有一定的建议意义。     

无人机空中冲突探测与避撞研究

近年来,无人机运输业迅猛发展,其飞行过程中的冲突探测与避撞问题成为亟需解决的关键问题。在无人机周围建立合理的三维空间模型,优化包括紧急避撞区域、一般避撞区域、监视及提前避撞区域的三级避撞区域系统,并利用ADS-B报文提供的无人机位置、速度等信息,基于无人机一般二维平面上的冲突探测与避撞算法,通过增加垂直方向上的冲突识别来改进冲突探测算法,对比调速、调向两种避让方案在各避撞区域的成功率。结果表明：改进算法能够在无人机数量大幅增加的情况下有效识别冲突无人机,同时采用先调速后调向的避让方案,使避撞成功率达到99.75%,为保障无人机的飞行安全提供有效策略。     

基于自组网策略的多机编队与防撞任务研究

近年来多旋翼无人机编队飞行技术取得了巨大的突破,将无人机技术与自组网技术相结合将会促进无人机集群技术的发展。为了促进无人机编队飞行技术的发展,以5架六旋翼无人机为研究对象,重点研究了基于自组网策略的多旋翼无人机队形组成、队形保持、队形重构以及飞行过程中的避碰策略,设计了数据闭环的地面编队控制软件并进行试飞验证。测试结果表明,该数据闭环地面编队控制软件稳定可靠,实现了编队队形组成、保持、重构以及在队形变换过程中的机间避碰等功能,对多旋翼无人机编队飞行工程化实现具有一定的参考价值。     

基于零空间方法的四旋翼无人机避障与协同编队控制

针对四旋翼无人机在编队飞行执行任务时可能遭遇障碍物问题,考虑多无人机避障及机间避撞的需求,提出 1种基于零空间方法的四旋翼无人机避障与协同编队控制算法。首先,建立四旋翼无人机动力学模型,并建立虚拟控制量简化控制模型;其次,基于零空间方法进行避障与协同编队控制算法研究,将无人机任务执行分解为目标趋向任务、避障避撞任务和协同编队任务,并根据优先级进行任务融合得到期望速度;再次,基于 PID方法设计控制律;最后,通过仿真验证所提控制算法的有效性。所提方法可保证四旋翼无人机在编队飞行中遭遇障碍物时的飞行安全。     

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。     

复杂环境下多无人机轨迹姿态协同控制

考虑多无人机在实际飞行过程中的避障需求，在建立面向控制的四旋翼无人机轨迹姿态模型基础上，为克服传统多无人机为每架无人机规划轨迹的不足，研究了基于多无人机中心点的轨迹设计策略。进一步，考虑避障约束，基于半定规划进行迭代区域扩张完成了多无人机的安全飞行区域及队形设计。在此基础上，基于干扰补偿策略为每架无人机设计了协同控制器，最终确保了多无人机在多障碍环境下的安全飞行。     

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。