无人机虚拟仪器测试系统设计应用研究

根据无人机测试要求,详细介绍了由虚拟仪器技术组建的无人机测试系统。该测试设备以PXI总线型高性能计算机为控制核心,采用开关阵技术、程序模式配置测试流程,对无人机机载传感器、飞控计算机性能实施快速检测,具有通用性、智能化和自动化的特点,可实时精确地采集、处理、存储数据。该系统成功运用于某型无人机的检测。     

基于COTS的某型大气数据计算机设计CSCD

大气数据计算机是无人机重要机载设备,为节省设计成本和时间,采用基于COTS的方法对大气数据计算机进行设计,给出了系统的硬件平台选型方案,以商用uc/os系统为底层操作系统,完成系统功能设计,并对设备的工作性能进行了验证,结果表明该方案合理可行,满足无人机设计使用要求。     

基于空间两点的视觉自主着陆导引算法设计

为提高无人机着陆效率,从着陆速度向量场和导引律设计两方面研究改进。首先,基于椭圆设计速度向量场,实现飞行路程更短、机动性能要求更低的着陆轨迹。然后,基于像素坐标系与机体坐标系的关系,设计无人机的航迹方位角指令;以椭圆切线方向为参考,结合合作矢量特征,设计航迹倾斜角指令;利用图像信息,设计速度大小指令。最后,理论比较了传统轨迹与提出轨迹对方向机动性性能的要求,给出了轨迹参数与无人机方向机动性性能的关系。利用Simulink搭建系统仿真平台,计算满足要求的合作矢量特征。结果表明,无人机以曲线轨迹准确软着陆到目标,满足实际运用的需要。      

基于视频帧间运动估计的无人机图像车辆检测

基于人工智能(AI)芯片搭建轻量化深度神经网络,可以在无人机(UAV)机载端实现视频中车辆目标的自动检测,具有重要的应用前景。为此,提出了一种针对无人机图像车辆目标的检测方法,并在AI芯片上进行部署与测试。方法具体包括:结合无人机图像中车辆目标的尺寸范围,对MobileNet-SSD网络进行裁剪,构建轻量化单帧图像检测器;为解决小目标特性在轻量网络框架下引发的检测性能下降问题,引入帧间运动矢量估计,根据相邻帧信息辅助预测当前帧丢失目标的位置范围,并利用检测结果进行修正,实现丢失目标的再召回。通过对多个数据集进行融合与自动补充标注,搭建了一个高质量的无人机图像车辆目标数据集;同时将方法在基于RK3399芯片计算的嵌入式开发平台上进行实验验证,结果表明:搭建的网络能够显著减少存储资源占用,具有轻量化的特点;同时相比于单帧检测法,引入视频帧间运动估计方法可以有效提高检测精度,并在AI芯片上实现125.3 ms/帧的检测速度。      

提高无人机飞控系统数据采集准确度的算法准则

综述了无人机飞行控制系统各种参数采集、融合准确度对飞控系统稳定性的影响,提出了提高飞行控制系统各种参数采集、融合准确度的算法基本准则。     

一种基于Gabor深度学习的无人机目标检测算法

随着智能控制技术的不断成熟,无人机给军事领域带来快速发展的同时也带来了威胁.因此针对空中飞行的无人机进行实时检测的任务需求,设计了一种基于Gabor深度学习的无人机目标检测算法.首先,搭建基于Gabor滤波器的深度神经网络,输入的图片经过该网络进行网格化划分,用以特征提取;然后,针对每个格子的特征利用回归算法计算其中物体的位置信息,并利用分类算法计算物体的类别信息,对以上得到的回归和分类结果进行筛选、融合得到最终的检测结果;最后,采集空中飞行的无人机真实数据构建数据集,在此基础上进行网络模型训练和算法验证.     

折叠翼无人机冷气发射装置动态特性分析及优化

针对冷气投放装置工作过程中存在的机械系统和气压系统耦合非线性动力学问题,提出了一种满足折叠翼无人机(UAV)结构形式和空中发射技术要求的冷气发射动态特性分析方法及优化设计方法。以某型折叠翼无人机为研究对象,基于联合仿真建立了无人机气动发射系统动力学模型,搭建了冷气发射系统试验样机,并完成压缩气体空中发射试验,验证了仿真模型的准确性。在此基础上,分析了无人机与冷气发射装置主要系统参数对无人机发射动态性能的影响,针对该系统进行了参数优化设计。结果表明：储气瓶体积和充气压力是影响无人机冷气发射动态特性的关键参数,随着储气瓶体积和充气压力增大,最大发射速度和加速度明显增大,储气瓶体积从15 L增加至30 L,最大发射速度增加了52.7%,最大发射加速度增长了60.9%呈正相关影响;充气压力从0.4 MPa增加至0.7 MPa,最大发射速度增长了50.5%,最大发射加速度增长了69.9%;发射角度对无人机发射性能影响较小,可忽略不计。     

基于迁移学习的四旋翼无人机性能驱动的故障检测

致力于解决四旋翼无人机的故障检测问题.考虑到无人机模型是一个非线性强耦合的模型,提出一种基于神经网络的性能驱动故障检测方法.然而,当无人机进入新的重力场时,已建立的故障检测系统无法适用.为了解决这个问题,进一步提出一种基于迁移学习的故障检测方法.通过子空间迁移方法和布雷格曼散度度量方式,将源域与目标域对齐,并实现了神经网络的参数迁移以及阈值设定.在四旋翼无人机系统中验证了本文所提出的方法的有效性.     

一种无人机通用综合检测系统

为了增强无人机系统检测控制设备的通用性,提高检测精度,设计了一种基于面向仪器系统的PCI扩展(PXI)总线及虚拟仪器(VI)的无人机通用综合检测系统.针对无人机系统工作的特点,从功能设计、体系结构、软硬件设计等方面对该系统的通用性进行了探讨.该系统采用了虚拟仪器技术,硬件设计采用PXI体系结构,软件以LabWindows/CVI作为开发平台.通过配备不同的接口适配器和对软件参数设置进行相应更改,可适用于不同型号的无人机电气、舵机、发动机、起飞和回收等系统检测.同时提供矩阵输出,利用系统资源满足无人机各种信号测试/激励的需求.该系统已成功应用于某复杂型号无人机的地面综合检测.      

基于改进YOLO V5的无人机航拍图像小目标检测方法

本文针对无人机航拍目标检测技术中目标聚集、目标较小及实时性差等问题,将YOLO V5的主干架构进行改进,简化Neck网络,提出了一种提高检测速度又能准确识别的无人机航拍图像检测技术方案。经过仿真实验测试,改进后的YOLO V5网络在保持识别精度的同时,检测速率提升了31%,满足无人机在航拍作业时对于准确性与实时性的要求。     

轮式起降无人机安全起飞纵向控制

为了提高无人机在风干扰下的起飞安全性,对无人机常规起飞纵向控制方案加以改进,提出了基于直接升力控制的安全起飞纵向控制方案.采用由低通滤波器和超前补偿通道组成的组合滤波方案,用以解决所提出控制方案中无人机升降速度信号的精确获取问题,通过所研制的专用升降测试台和基于频谱分析的设计方法,对组合滤波方案进行了参数选取和仿真验证.基于Matlab/Simulink仿真环境建立某型无人机的全量非线性数学模型,通过仿真设计相应的襟翼偏转控制律.仿真结果表明,应用组合滤波方案获取的升降速度信号精度较高,满足起飞控制的使用要求.安全起飞纵向控制方案可显著增强无人机的抗干扰能力,从而提高起飞过程的安全性.     

基于Labview的磁罗盘测试系统设计与实现

磁罗盘是无人机航向测量的常用关键部件,为了测试其性能的好坏,设计了一套基于PXI总线计算机等硬件和Labview软件的磁罗盘智能测试系统。该系统能够有效地完成LP-1磁罗盘各项性能测试,具备友好的人机交互界面,能够对测试数据进行保存。实际应用表明,该系统工作稳定、操作简便,在无人机部件装机放飞前能够及时发现磁罗盘部件故障隐患,提高了无人机飞行安全。     

DFD风洞测控系统设计

DFD风洞测控和数据采集处理系统以工业控制计算机为核心,通过PCL-818A/D数据采集卡完成试验数据采集、反馈信息入口和控制指令出口,实时进行实验条件监测。系统软件采用VB6.0编制,实现了风洞风速闭环控制、模型姿态处理调整、流场品质测量及全机模型低速风洞实验等。该系统造价低,操作界面友好,使用维护方便,具有很好的实用性。     

无人机定向天线自跟踪系统研究

为了满足无人机(UAV)远距离通信的需要,设计研制了以无人机位置信息为引导的地面定向天线自跟踪系统。基于实时获取定向天线载车位置、速度、方位和俯仰角等信息,实现了定向天线在运动中对目标进行自动跟踪的能力,提高了系统的机动性和隐蔽性。针对目前利用2点位置来计算目标角的方法存在需要通过相对位置才能确定实际目标角的不足,提出了一种不需要考虑2点相对位置就能直接计算出目标角的计算方法,为工程应用带来了方便。针对定向天线地面载车在机动时GPS信号容易受干扰,从而造成跟踪目标丢失,以及因无人机位置信息更新频率较低而造成的跟踪系统运动抖动、跟踪误差较大等问题,提出了一种基于速度对位置进行预测平滑的控制策略,有效解决了以上问题,并显著提高了跟踪精度。设计研制了定向天线自跟踪系统的软硬件,并进行了测试,结果表明:研制的定向天线具有机动跟踪能力和较高的跟踪精度,能满足无人机对定向天线自跟踪的需要。      

微小型大气数据采集系统设计与实现

大气数据采集对飞行器自动控制具有重要的意义。根据系统实时性和小型化的要求,设计了一种微小型大气数据采集系统。该系统以TMS320F2812为控制器,采用高精度A/D转换器和均值滑动滤波的方法来提高测量精度;由于软件采用了μC/OS-II,大大简化了系统的管理、维护工作。该系统结构简单、体积小、成本低,试验结果表明该系统测量精度高,具有较高的实际应用价值。     

VGOS基带数据预处理系统研究

VLBI全球观测系统-VGOS的数据采集系统具有超宽的记录带宽和超高的数据速率,数据率稳定可达16Gbit/s。数据回放及解析等预处理工作是数据采集到相关处理的关键步骤。针对国内VGOS数据采集系统,研发了VGOS基带数据预处理系统,分析了高速记录的元数据及基带数据格式,设计实现了数据记录、聚合、解析、重组等预处理模块。通过对预处理系统的研究和测试,分析了其效率提升的方法。利用预处理系统成功对国际VGOS站观测数据进行回放和解析,经过数据的相关处理成功获得了干涉条纹。表明预处理系统可正确处理高速数据,预处理过程中数据聚合速率平均可达到10Gbit/s,解析效率可达3.6Gbit/s,满足当前VGOS观测数据的超宽带、超高速处理要求。     

俯仰操纵方式对自转旋翼机操稳特性的影响

为了研究不同的俯仰操纵方式对于旋翼机飞行动力学特性的影响,首先基于解析形式叶素法给出自转旋翼的建模方法,并建立了对象无人旋翼机的数学模型;然后分析了2种操纵方式在配平、稳定性及操纵性等方面的差异。研究表明,2种操纵方式各有优缺点:旋翼操纵方式的配平俯仰姿态变化更小且长周期稳定性更好,但螺旋模态不稳定;升降舵操纵方式的螺旋稳定性更好,且俯仰可达力矩较大,但高速配平迎角为负且存在速度静不稳定的问题。针对2种操纵方式,分别设计集成了2架样例无人旋翼机并进行了飞行试验。基于试验数据分析了无人旋翼机飞行过程中自转旋翼的转速变化特性;分别对2架无人旋翼机进行了姿态控制律设计与试验,较好地实现了姿态跟踪控制,并基于试飞数据验证了无人旋翼机数学模型。