军用无人机技术智能化发展及应用

军用无人机作为收集战场信息和军事打击的新兴手段和工具,以其机动灵活、战场生存能力强等独特优势,能够方便快速地获取战场态势,极大地弥补了传统作战方式和侦查手段的短板和不足。智能无人系统的发展可能会引领军事领域的重大变革甚至改变战争形态。文章介绍了无人机技术在军事领域中的发展和应用现状,并从飞行控制、火控系统、任务规划以及无人机集群等方面浅析了军用无人机技术智能化发展方向。     

多旋翼无人机AHRS系统矢量乘积误差PI跟踪算法

针对多旋翼无人机对低成本姿态航向参考系统的实际需求,设计并实现了一种姿态航向参考系统。该系统采用陀螺仪积分出的载体姿态和已知的地球重力矢量,解算出地球重力矢量在载体系下的投影和加速度计测量出的地球重力矢量的矢量乘积结果作为水平姿态角的误差表征数值,并采用比例积分跟踪算法进行误差跟踪反馈,实现了准确的水平姿态角跟踪测量。利用陀螺仪积分出的姿态和已知的地球磁场信息,解出地球磁场矢量在载体系下的投影与磁力计测量的地球磁场矢量乘积结果作为航向误差角的误差表征数值,并采用比例积分跟踪算法进行误差跟踪反馈实现了对航向角的跟踪。转台实验表明:该系统水平姿态角跟踪精度约为1°,与EKF算法相比,运算速度提升了80%且精度好于EKF算法。     

改进型Voronoi图和动态权值A*算法的无人机航迹规划

针对实际作战环境中的不同威胁等级和不同威胁实体的威胁源,提出了改进型的Voronoi图,并建立了基于改进型Voronoi图的航迹规划空间;基于A*算法的估价函数在不同阶段对指标的敏感度不同,在传统的启发式A*搜索算法基础上提出了动态权值A*搜索算法,提高了航迹搜索的效率,实现了航迹搜索过程快速性和准确性的结合。最后通过Matlab仿真计算出由动态权值A*算法得到的最优航迹,并进行了航迹的平滑处理,仿真表明了该方法的可行性。     

无人机侦察效能研究

携带侦察设备对指定区域进行侦察是无人机在现代战场上的重要应用之一。以无人机为平台,以CCD摄像机为侦察设备,提供了一种无人机执行侦察任务时的效能评估模型。在给出了无人机及侦察设备模型的基础上,从影响无人机的侦察能力和侦察代价两个方面着手,建立了对无人机侦察方案进行效能评估的模型,从而解决了侦察方案优劣的评价问题,这对无人机高效的执行侦察任务提供了理论决策依据。     

基于半实装的无人机模拟训练系统研究与设计

针对传统面向无人机地面操控手测控训练任务的模拟训练系统存在的缺点,分析了面向无人机地面操控人员测控训练任务的主要特点,提出了一种基于实装地面测控站的无人机半实物仿真训练系统结构框架,设计了典型无人机模拟训练系统的结构层次和系统运行模式,与传统面向地面操控手的无人机仿真训练系统相比,所提出的仿真系统架构具有逼真度高、易于实现和复用、开发技术成熟等优点,在提高训练效率、节省训练成本方面具有重要应用价值。     

无人机数字仿真平台的设计与实现

针对飞控系统的快速设计、测试和验证需求,在MATLAB/Simulink环境下构建了无人机数字仿真平台。该平台基于层次化、模块化思想,采用商用Simulink工具箱经用户定制设计而成。建立了仿真平台的通用框架和六自由度非线性全耦合运动学方程,考虑了重心变化、环境状况以及传感器与执行机构特性等实际情况,基于Stateflow与Simulink一体化设计了多模态飞控系统,实现了无人机全过程飞行仿真和稳态飞行仿真。仿真结果表明,该平台具有良好的逼真度,能够较真实的模拟实际飞行过程。     

无人机分布式干扰对防空雷达探测能力的影响

无人机分布式干扰是对抗新型防空雷达的有效手段,在电子对抗领域扮演着越来越重要的角色。基于雷达探测距离模型和干扰方程,建立了无人机分布式干扰下的雷达暴露区计算模型。通过仿真计算,得出了不同干扰条件下雷达探测区域的变化和特点,分析了分布式无人机压制干扰敌防空雷达系统的有效性。     

应用于四旋翼无人机角速度估计的几何滑模观测器设计

对四旋翼无人机的角速度进行估计时,传统的基于单位四元数的滑模观测器需要引入强制比例重调,因而影响了跟踪精度。本文提出一种基于数值积分的李群方法的滑模观测器设计框架。该算法基于等变映射思想,在齐性流形空间的等价李代数空间中设计滑模反馈,从而避免了直接在流形空间中设计反馈的复杂性,并消除了传统方法在每个积分步骤中强制加入的比例重调,提高了观测器的跟踪性能。仿真结果表明,几何滑模观测器算法可以有效的对四旋翼无人机的角速度进行估计。     

基于协同进化的多平台联合对地观测优化调度

在分析了卫星与无人机在执行观测与资源调度上的特性差异基础上,建立了多平台联合对地观测调度问题的数学模型,提出了多平台协同进化调度算法(MPCCPSA)进行求解。MPCCPSA采用分层式协同进化架构解决了不同类型观测方案统一调度生成问题。根据不同类型平台使用特性以及观测目标集合特点,采用分治-合作策略将其分解分配到各平台,顶层的交叉、变异操作保证各种群的多样性,底层的分治、合作算子保证卫星与无人机之间保持观测能力动态互补,在确保可行解的前提下加快收敛速度。仿真实验表明该方法能够有效解决空-天基多类型平台联合观测优化调度问题。     

基于进化算法的雷达对抗侦察无人机航路规划

雷达对抗侦察无人机在执行任务前要根据战场环境预先规划好最优路径。全面考虑战场环境威胁约束、机动性能约束和侦察任务约束,综合轮盘法、最优保存策略和6种进化算子形成进化算法,并对航路规划问题进行求解。仿真结果表明,利用约束量化方法和进化算法对雷达对抗侦察无人机进行航路规划是可行的。