基于神经网络自适应PID的无人机编队避障飞行控制研究

针对无人机编队避障飞行控制难题,研究了无人机编队避障航迹规划与智能控制技术.首先,提出一种基于改进人工势场法的无人机编队航迹规划算法,利用改进势场函数和引入"随机波动"法等手段,解决了传统人工势场法用于无人机编队航迹规划时遇到的无法到达目标点以及局部最小值问题,并提升了传统算法航迹规划的快速性和鲁棒性.其次,设计了一种...     

无人机航迹规划常用算法

无人机航迹规划是实现无人机自主飞行的关键技术保障,航迹规划算法则是航迹规划的核心。首先介绍无人机航迹规划的相关理论,其次分析归纳了当前常用的航迹规划算法,最后阐述了航迹规划所面临的挑战及其发展方向。     

改进人工蜂群算法的无人机航迹规划研究

如何快速地规划出满足约束条件的飞行航迹,是实现无人机自主飞行的关键。将改进的人工蜂群算法应用于求解无人机航迹规划问题,同时在人工蜂群算法的侦察阶段引入差分进化算法的思想。通过仿真实验并与标准人工蜂群算法比较,结果表明此算法能够有效加快收敛速度,提高最优航迹精度,是解决航迹规划和其他高维复杂函数优化的有效方法。     

基于航迹消除与策略迭代的无人机集群区域目标搜索方法

无人机集群区域搜索在军事领域以及民用领域的搜救、巡逻、监测、环境勘测等方面有着广泛的应用,但如何保证不同场景下无人机集群搜索方法的效率问题依然是个难题。为了更好地解决搜索目标先验信息已知的无障碍区域内多无人机集群搜索航迹规划问题,提高无人机集群搜索效率,本文根据目标区域热度以及传感器探测概率等先验信息,提出了一种基于无人机航迹消除策略的概率计算方法,并在此基础上结合策略迭代算法动态规划无人机航迹,找到单个无人机航迹覆盖率最优策略;进而通过适当组合顺序实现无人机集群区域目标搜索整体覆盖率最优;最后,通过仿真计算验证了算法的有效性。     

基于变权重搜索策略无人机航路规划算法

通过对A*算法在路径规划中的应用进行研究,提出了一种新的三维航路动态规划方法,通过对搜索策略引入启发式权重系数,利用加权值自适应方法对算法的评价函数进行设计,改善了传统A*算法在大空间中搜索速度低的缺点,提高航迹点搜索效率,同时将无人机的约束条件有效分割到解空间,便于应用于工程实践。基于优化算法规划的最优航路,设计了导引控制律,使无人机很好地跟随规划的路径,同时生成的期望控制指令充分考虑了无人机本身的机动性能以及实时性要求,解决了航迹规划与航迹跟踪之间的问题,最后进行了仿真验证,结果表明:该方法是可行和有效的,有着较高的优化效率;易于实现,工程实用性强。     

群目标侦察航迹规划方法

针对群目标侦察中的航迹规划问题,提出先采用聚类算法将目标群分成若干个子目标群,然后采用分层规划方法进行求解。第1层为目标群之间的路径规划,将问题转化为多旅行商问题并采用遗传算法求解确定最短航迹;第2层为子目标群内部的航迹规划,由于传感器通常是以一定宽度进行扫掠式侦察,因此,首先用Delaunay三角剖分算法求出包含子群内所有目标的最小凸多边形,再利用区域覆盖扫掠算法求出凸多边形内机动次数少、路径最短的航迹。仿真结果表明,所设计的航迹规划方法能够实现群目标侦查中无人机的航迹规划,证明了模型的可行性和算法的有效性。     

无人机三维航迹规划与可视化仿真

结合无人机的机动能力限制条件,研究了基于稀疏A*算法的无人机三维航迹规划.该算法有效修剪了搜索空间中的无用节点,缩短了航迹搜索时间.在搜索过程中,充分利用了三维地形信息,使算法生成的航迹能够自动回避地形和雷达威胁.最后通过三维航迹的可视化仿真,对生成的航迹进行了验证.     

基于遗传算法的无人机航迹规划代价函数

针对当前使用的无人机航迹规划代价函数的不足之处,提出一种利用遗传算法对无人机航迹规划代价函数进行优化的方法。对基本遗传算法进行了局部改进,设计了航迹极坐标编码方式及航迹适应度函数,在采用基本遗传操作算子的基础上采取精英保存策略,提高了算法的效率;采用代价归一化并进行优化的思想,得到优化之后的代价函数权重值。优化结果表明,该方法可以获得代价更低的航迹。     

无人机路径规划算法与仿真

根据敌方防御雷达、防空火力等威胁以及禁飞区的分布情况,构造基于战场威胁中心的Voronoi图,得到可以规避各种威胁的航迹线段,结合战场威胁信息,计算航迹段的代价,形成有向图,计算出无人机初始最优航路,利用无人机初始状态和性能约束进行航路的进一步修正,满足了无人机的飞行特点.并运用MATLAB编制图形化界面,实现仿真结果的图形显示.     

无人机天钩回收航迹控制系统设计与实现

天钩回收无人机在回收时对于航迹偏差等的控制精度要求苛刻,这对控制系统提出了挑战。提出一种用于无人机天钩回收航迹控制的新方法,设计无人机天钩回收航迹控制策略与流程,给出控制系统组成,基于某型无人机风洞试验数据,构建天钩回收无人机的线性化和非线性模型,利用优化L1航迹控制方法设计了航迹控制律,并在实际飞行试验中得到了应用,验证了所设计控制系统的正确性与工程实现性,最终的飞行试验结果表明,无人机能够在控制系统作用下实现精确天钩回收,且具有良好的动态特性。     

基于路径规划的无人机飞行冲突解脱技术

在无人机与有人机共用空域时,随时可能发生飞行冲突,应当有一种可靠的冲突解脱技术,保证无人机的空域运行安全。为此,构建了基于正三角形栅格法的空域运行环境,改进了以往十字栅格环境规划动态路径的缺陷;提出了基于空间分割的改进蚁群算法,提高了算法的寻优性能与路径规划能力。最后结合ADS-B系统的工作原理,在利用卡尔曼滤波对ADS-B信息进行修正的基础上,设计了无人机冲突感知的技术方案,并用实时的路径重规划技术实现飞行冲突的解脱。最终的仿真实验验证了飞行冲突解脱技术方案的有效性,可为未来无人机的空域运行技术提供一定的理论参考。     

大圆航线导航与控制律设计

随着无人机(UAV)应用范围的扩大,要求无人机能精确跟踪预定航线.预定的飞行任务可以有两种规划方式,一是近似在当地切平面上的直线或曲线;二是飞行距离较长时在地球表面的大圆航线.第二种规划相对复杂,研究较少,因此,介绍了某型无人机的动力学模型,提出了一种全新的大圆航线导航解算算法,设计了大圆导航控制律,此外,还分析了常值风及突风干扰对导航的影响.经计算机仿真验证和部分的实际飞行试验结果表明:与预定航线的距离偏差较小,航迹精度较高,新算法及设计较好地满足了实际大圆航线飞行要求.     

基于视景模拟的无人机导弹发射仿真

无人机单侧导弹发射后,无人机重量特性、重心位置、气动特性发生变化并同时产生附加的干扰力矩,无人机需要在控制系统作用下尽快恢复稳态飞行。通过在Matlab/Simulink中建立无人机六自由度非线性力学模型、控制系统模型、发动机模型、重力模型、标准大气模型、flight gear软件接口等,模拟仿真无人机单侧导弹发射过程,同时将仿真结果进行可视化视景输出,确保无人机系统平台在导弹发射过程中无人机能够很快恢复稳定姿态并按照预定轨迹飞行。视景模拟仿真结果表明：该无人机平台能够顺利完成导弹的安全发射。     

伞翼无人机线性自抗扰高度控制

针对伞翼无人机参数不确定性和复杂环境干扰敏感的问题,提出一种伞翼无人机线性自抗扰(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)高度控制方法。建立伞翼无人机8自由度飞行动力学模型,并引入风场和降雨模型以更加准确地模拟真实飞行环境。基于LADRC确定总体控制架构,设计线性扩张状态观测器对所有扰动进行估计,并引入误差反馈率在控制中实时补偿。使用该控制方法在多种扰动工况下进行伞翼无人机高度控制仿真实验。仿真结果表明,基于LADRC的高度控制方法能够有效克服内扰和外扰的影响,实现高精度高度控制;与传统PID控制效果相比,LADRC控制器具有更好的抗扰能力和鲁棒性。     

基于动态逆的无人机机动控制律设计

针对现代无人机机动性的需求,基于动态逆系统理论,提出一种适合小型无人机机动指令跟踪的非线性控制方法,分别设计了慢变量和快变量动态逆控制律,并通过对无人机航迹倾斜角的实时导引控制,进一步提高无人机的整体机动性.仿真结果表明,基于动态逆的航迹倾斜角反馈控制能够达到期望的机动效果,具有良好的指令跟踪性能.该控制律可应用于无人侦察机规避高空障碍,具有重要的现实意义.     

某型无人机着陆过程中地面滑行段的建模与仿真

无人机在着陆过程中地面滑跑阶段的运动特性与空中飞行时不同,建立无人机在这一阶段的数学模型,对进一步深入研究实现无人机安全着陆具有重要意义。本文以某型无人机为背景,对无人机进行详细的受力分析,研究并建立了地面滑行阶段的非线性数学模型。并在Matlab/Simulink平台上对其进行仿真,通过仿真结果与实际飞行状态数据的对比,表明模型可用。     

无人机电子干扰条件下的路径规划

针对机载预警雷达结合地面雷达对低空突防无人机构成的严重威胁,提出一种基于A*算法的路径规划算法.该算法分析了电子干扰和无人机RCS对雷达探测空间的影响,建立了新的雷达探测空间模型和威胁模型进行路径规划,将A*算法应用于无人机的路径规划过程.在此基础上给出了应用该方法的具体步骤,并进行了MATLAB仿真.仿真结果表明:考虑电子干扰对雷达威胁区域影响的情况下规划的飞行路径飞行器能有效回避威胁,有效提高无人机的低空突防能力.     

基于实际飞行数据插值的INS/GNSS组合导航仿真轨迹发生器

针对INS/GNSS组合导航仿真中,捷联惯导系统陀螺、加速度计信号高精度模拟问题,提出了基于实际飞行数据插值的动态轨迹解析生成仿真算法。对转换到地心惯性坐标系中的载体姿态、位置和重力场数据进行关于时间的样条函数插值,得到载体坐标系下陀螺角速率、角增量以及加速度计比力积分增量的高精度分段解析表达式。使生成的陀螺、加速度计信号符合载体运动学和动力学特性,反映杆臂效应影响,同时与经事后处理的实测GNSS伪距、伪距率等数据特征保持一致。提出了四元数约束插值算法,可满足四元数解析插值时范数为1的约束限制条件。基于某实际无人机飞行数据,验证了所提出算法的有效性,完全满足组合导航动态仿真精度要求。该算法也适用于其他高精度高动态导航系统和刚体运动控制仿真中的角运动、线运动传感器信号模拟。     

基于态势预测的无人机防相撞控制方法

针对无人机自主飞行过程中,受空中非协作移动目标威胁较大,且空中移动威胁存在高机动性的特点,提出一种预测移动威胁情况下的无人机防撞控制方法,该方法采用交互多模(IMM)算法预测移动威胁的运动状态,同时利用滚动时域控制(RHC)思想建立无人机运动控制模型,构造有约束目标函数,运用微分进化算法(DE)求解目标函数,获取最优控制量,输入控制模型,完成防撞机动控制。仿真结果表明,该方法可以有效解决空中多架航空器同时入侵的防撞问题。     

城市环境下单无人机测向定位航迹优化算法

为解决单架无人机在城市环境中对辐射源目标的定位问题,提出了一种基于环境预测法的单无人机测向定位航迹优化算法。使用交互多模型-扩展卡尔曼滤波进行视距和非视距信号混合环境下的目标估计。结合估计的目标位置和城市地理信息模型,基于视线追踪法求解信号遮挡区域和多径信号干扰区域。在滚动时域控制算法框架下生成无人机预测轨迹,以最大化Fisher信息矩阵行列式为测向定位评价准则,考虑建筑物障碍以及其对信号的遮挡和反射效应对无人机测向定位航迹的影响,控制无人机选择最优航向飞行。仿真结果表明,该方法能够使无人机在存在障碍、信号遮挡和多径干扰的环境下实现对目标的高精度测向定位,为解决城市环境下的单架无人机测向定位问题提供了新思路。