舰载无人直升机系统设计中几个问题的思考

针对舰载无人直升机的关键技术问题,以无人直升机着舰分析作为切入点,探讨了系统设计中发动机选择、机型设计、舰机协同控制、流场与海浪特性建模等的技术现状和实现方法,能给该领域研究、使用和管理者提供有益参考。     

无人直升机系统发展展望

随着计算机、网络和智能技术的发展,无人机自主飞行能力和智能化程度不断提高,在社会多领域得到广泛应用.无人直升机既具有直升机独特的飞行和功能特点,又具有无人机的应用优势,发展前景广阔.本文简要描述了无人直升机的发展历程及现状,展望了无人直升机发展的前景,分析了未来装备发展趋势和技术发展方向,并提出推动无人直升机技术及产业...     

无人直升机自动着舰导引控制设计与验证

针对无人直升机自动着舰的特点和需求,研究着舰导引轨迹生成,进行着舰导引轨迹跟踪控制设计,并通过仿真和飞行试验验证跟踪控制的精确性。     

基于自抗扰控制的共轴直升机姿态控制律设计

以某型共轴双旋翼无人直升机作为研究对象,对无人机返航进场与降落着舰阶段的抗扰动问题进行研究。针对海上着舰环境下的外界干扰与不确定性问题,选用自抗扰控制器设计共轴直升机姿态控制律,以提高共轴直升机对外部扰动的抗扰性能。针对自抗扰控制律调整参数过多问题,设计改进粒子群算法进行自动参数优化。仿真结果表明:改进粒子群算法能够显著提高参数整定速度,且精度更高;优化参数后的自抗扰控制律在强干扰环境下具备良好的动态响应与鲁棒性。     

基于视觉引导的无人直升机着舰技术研究

以无人直升机为被控对象,根据实际着舰流程研究了视觉引导系统的软硬件架构。在硬件上通过在摄像头加装云台,避免了无人机因姿态改变造成视野中目标图像的丢失,提高了位姿解算的精度。提出一种以红外灯设计的合作目标图案为着舰目标的视觉引导着舰系统,能够在不同光线强度、复杂周边环境下成功识别合作目标,具有良好的抗噪能力。研究设计了一套图像处理与位姿解算的引导系统,通过实验验证姿态参数的误差在2°以内,位置参数的误差小于2cm,能够满足着舰的精度要求;每帧图像的处理速度在30ms左右,具有良好的实时性。     

基于舰船运动时间序列预报的直升机着舰时机判断

为解决舰载直升机在海上返航着舰的安全问题,开展了直升机着舰时机判断研究。首先,基于时间序列预报方法,采用AR自回归模型,模型参数估计使用递推最小二乘算法进行在线辨识,对于存在的数据饱和问题引入了遗忘因子加以解决,实现了对舰船运动的短期预报。然后,根据舰船横摇运动的实时预报结果和周期性特点,选取横摇角度及角速度满足安全阈值的时间段,确定直升机安全着舰的时机。研究结果表明：该方法有效提高了直升机着舰的安全性。     

无人直升机任务规划系统研究与实践

无人直升机任务规划系统对于完成超视距侦察、监控能力和打击是非常重要的.本文分析了无人直升机任务规划系统的的基本体系结构和功能模块,研究了无人直升机任务规划系统的建模技术及其优化算法,并在V750无人直升机上进行了验证.     

直升机着舰起落架动态响应

舰载直升机着舰过程复杂。与地面降落相比,舰面的不稳定气流使得直升机姿态难以保持,下降的速度更大,且由于直升机通常都是单轮着舰,导致起落架载荷很大。为了研究直升机在不同条件下着舰时起落架的动态响应,建立了机体/起落架/舰船耦合模型,将着舰过程中直升机的运动和舰船的运动联系起来,通过仿真计算得出起落架的动态响应。仿真计算结果表明:直升机着舰质量越大,起落架压缩量和载荷越大;直升机低头着舰会导致前起落架载荷显著增大;直升机着舰下沉速度过大会导致着舰载荷急剧增大,可能会对结构造成破坏。     

一种复杂环境下的前视机场跑道识别方法

根据复杂环境机场跑道的视觉特点,提出了利用自适应阈值分割和局部Hough变换相结合的识别方法.利用跑道主要视觉特征提取兴趣区域,缩小处理范围.提取兴趣区域的轮廓后,针对传统Hough变换不能确定直线端点、会出现虚假直线和计算复杂度大的缺点,采用局部Hough变换检测跑道边界.试验结果表明,算法对于复杂环境的机场跑道具有较高的准确性和实时性.     

规则海浪情况下直升机着舰速度研究

从直升机和舰船运动方程出发，主要对直升机的着舰速度进行了研究，确定了在规则海浪情况下，着舰速度与舰船横摇角、侧向伴移、升沉之间的关系。最后，对直升机的着舰过程进行了模拟，所得结论可为直升机起落架强度设计和飞行员正确操纵直升机着舰提供参考。     

直升机鲁棒控制器的设计研究

提出一种改进直升机悬停性能的控制方案。在直升机悬停控制器原速度回路的基础上增加鲁棒控制器,可提高直升机悬停参数变化的鲁棒性能。详细叙述了鲁棒控制器结合悬停控制器的设计方法,并用仿真结果说明了鲁棒控制器在本算例中所起的作用     

基于遗传算法的直升机鲁棒飞行控制器设计

以旋翼机驾驶品质要求 ADS-33为设计目标,采用 H∞ 混合灵敏度方法设计直升机在低速飞行时的鲁棒控制器,设计中利用遗传算法优化加权阵参数,找到同时满足频域和时域性能要求的控制器。以 UH-60 A直升机为对象,所设计的直升机飞行控制系统不仅具有鲁棒稳定性,而且满足 ADS-33D水平 1操纵品质要求。     

Using natural features for vision based navigation of an indoor-VTOL MAV

The use of natural features for vision based navigation of an indoor Vertical-Take-Off-and-Landing (VTOL) Micro Aerial Vehicle (MAV) named Air-Quad is presented. Air-Quad is a small four-rotor helicopter developed at the ITE.Such a helicopter needs reliable attitude information. The measurements of the used MEMS gyroscopes and accelerometers are corrupted by strong noise. To be useful, the MEMS sensors have to be part of an integrated navigation system with aiding through complementary sensors like GPS or the computer vision module presented here.In the computer vision module, feature points are detected and tracked through the image sequence. The relative rotation and translation of the camera are estimated using the two-dimensional motion of the feature points.The three-dimensional points in the scene are modeled with the image coordinates of their first sighting and their inverse depths. Only these inverse depths are estimated for the feature points. An efficient sparse bundle adjustment algorithm is used to improve the estimation of the scene structure and the navigation solution.It is shown that the use of the computer vision module greatly improves the navigation solution compared to a solution based only on MEMS sensors.     

直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制设计

提出了一种直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制方法。分别设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒保性能控制的直升机四通道多变量控制器和涡轴发动机转速控制器;为了进一步提高发动机自由涡轮转速环的抗扰能力,结合自抗扰控制(ADRC)方法,构建了涡轴发动机转速鲁棒保性能控制+扭矩ADRC补偿的控制方案,充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力,避免了鲁棒设计方法的保守性。在UH-60直升机/涡轴发动机综合模型仿真环境下通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了直升机/涡轴发动机综合系统所采用的鲁棒抗扰控制,尤其是涡轴发动机鲁棒自抗扰控制,具有理想的抗扰控制效果,能够抑制直升机机动操作过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响,从而使直升机具有更好的机动能力。     

基于遗传算法的直升机总体优化设计

遗传算法是一种可以混合整型、离散型和连续型变量一起使用的新兴优化算法，在单或多目标带约束优化设计领域有广阔的应用空间。本文在算例中采用与先验法相结合的遗传算法，以总体参数为设计变量，飞行性能和结构要求为约束条件，换算生产率为目标函数，并使用罚函数法处理成无约束的适应度函数，建立优化设计模型。对本文算例计算结果进行分析，可以使遗传算法更好地应用到直升机优化设计领域。     

无人直升机视觉着陆中的运动状态估计算法

对无人直升机(UH)视觉着陆中基于视觉图像处理的运动状态估计问题进行了研究。介绍了视觉着陆原理,分析了运动估计、特征图像处理与着陆控制间的关系,推导并建立了UH相对着陆平台位姿估计算法、线速度与角速度估计算法。相邻两帧图像对应特征点像点位置为位姿估计算法提供数据,一帧图像特征点像点位置及其对应像点平移速度为线速度与角速度估计算法提供数据。利用UH着陆控制仿真数据模拟UH着陆运动过程中像点位置及其对应平移速度的视觉图像处理结果。仿真验证了运动状态估计算法,结果表明所提出的运动状态估计算法能有效地利用视觉图像处理结果数据估计出UH的位置、姿态、线速度和角速度。     

直升机水中横向稳性计算与试验验证

参考水上飞机的横向稳性计算原理和海船稳性规范,建立了直升机的横向稳性计算方法,对漂浮姿态角、横向静稳性、横向动稳性、抗风浪等级等进行研究,并采用简单的方法进行燃油液面修正。完成了某型直升机漂浮特性试验,进行了横向稳性计算结果与试验结果的相关性分析。结果表明计算结果与试验结果的相关性很好。     

反潜直升机侧翼伴随巡逻搜潜建模与仿真

针对反潜直升机侧翼伴随巡逻搜潜阵位配置依据不足、实际对潜警戒扇面动态变化的问题展开研究。通过分析理想条件与舰艇编队规避机动2种情况下的敌潜艇鱼雷发射阵位,得出侧翼搜潜阵位配置的定量依据;根据舰艇编队航行中反潜直升机搜潜扇面的动态变化过程,建立了反潜直升机侧翼伴随巡逻搜潜的实际警戒扇面模型,并对兵力需求进行了分析。最后仿真计算了侧翼搜潜阵位的配置以及实际对潜警戒扇面范围。结果表明:配置单架反潜直升机于舰艇编队侧翼12nmile处,可对舰艇舷角60°~100°范围内的扇面实施有效对潜警戒。     

基于直升机舰面起降动态仿真的风限图计算

建立了基于直升机舰面起降动态仿真的风限图（WOD）计算方法,综合计入舰船尾流、直升机运动和驾驶员操控等多因素的作用提升风限图计算的准确度。基于耦合舰船非定常尾流的飞行动力学模型,发展了适于直升机多轴协同操控的驾驶员模型,建立了舰面起降轨迹的数学描述和生成方法,形成计入舰船尾流、直升机运动和驾驶员操控等多因素综合作用的直升机舰面起降动态仿真方法。在此基础上,总结风限图计算判据,建立风限图计算方法。计算结果表明,某些风况下直升机在舰面起飞和降落过程中受到舰船尾流的干扰远大于在甲板上方悬停时受到的作用。本文方法能够捕捉到不同起降点和起降方式导致舰船尾流时空变化的干扰,与传统计算方法相比,显著提升了风限图计算的准确度。     

计算机视觉在无人机着陆中的应用

介绍了计算机视觉的定义和视觉系统的软硬件组成，总结了视觉导航在旋翼无人机着陆方面的研究现状，并对视觉导航在固定翼无人机着陆中的应用给予初步分析和介绍。