An optimization model of UAV route planning for road segment surveillance

Unmanned aerial vehicle （UAV） was introduced to take road segment traffic surveillance. Considering the limited UAV maximum flight distance, UAV route planning problem was studied. First, a multi-objective optimization model of planning UAV route for road segment surveillance was proposed, which aimed to minimize UAV cruise distance and minimize the number of UAVs used. Then, an evolutionary algorithm based on Pareto optimality technique was proposed to solve multi-objective UAV route planning problem. At last, a UAV flight experiment was conducted to test UAV route planning effect, and a case with three scenarios was studied to analyze the impact of different road segment lengths on UAV route planning. The case results show that the optimized cruise distance and the number of UAVs used decrease by an average of 38.43% and 33.33%, respectively. Additionally, shortening or extending the length of road segments has different impacts on UAV route planning.     

无人机飞行数据的可视化技术

在分析无人机领域飞行数据特征的基础上,设计了与数据相对应的可视化图形元,完成了基于ＰＣ机低成本硬件系统的飞行数据的可视化。在软件设计过程中,使用前后台编程技术,解决了地图航迹视图显示调图过程中出现的冻结问题;采用色彩优化算法,实现了彩色地图的伪彩色逼真显示。该系统经过实际飞行的验证,成为小型无人机公共地面控制系统的重要组成部分     

无人机网络中基于状态迁移的访问控制模型

由于传统的访问控制机制在无人机网络资源类型众多且高速移动的情况下缺乏灵活性,所以为了实现无人机网络的授权变更与无人机间任务转移时的权限弹性管理,提出一种基于状态迁移的访问控制模型．该模型依据细化的客体资源访问性质来制定状态迁移规则,在无人机网络授权变更和权限转移时不仅实现了弹性权限管理,而且确保了主体优先级访问控制．在无人机网络环境中的实验结果表明,该方案的执行时间随主体和客体数量增加呈近似线性增长,且在无人机网络复杂的访问控制场景中是可行的．     

小型长航程无人机天基测控系统研究

小型长航程无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）具有极高的应用价值，但测控问题是制约其发展和应用的瓶颈之一。小型长航程无人机天基测控系统使用GPS接收机测量，采用“北斗”卫星传输测量和控制信息，解决了长航程无人机的远距离测控问题，并能实现多架无人机的集中监控，可以提高无人机系统执行任务的效率。     

无人机中继广播通信系统航迹优化方法

为了提高固定翼无人机中继广播通信系统链路传输的连通性,提出中继无人机航迹优化方法．首先分析了无人机中继广播通信系统单用户节点的中断概率近似计算公式,并以此为基础推导出了服务区域内所有用户节点平均中断概率的近似计算公式; 然后基于服务区域内用户节点平均中断概率最小化准则提出了中继无人机的航迹优化方法,并进一步给出了最优航迹下单个用户节点的精确中断概率计算公式;最后通过计算机仿真验证了所提出方法的有效性．     

无人机跟踪系统仿真平台的设计与实现

为解决无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)在进行地面目标跟踪实验时,存在验证难度大,成本高等问题,设计和实现了基于视景仿真软件和MATLAB/Simulink的仿真平台.首先,选择汽车作为地面目标,在视景仿真软件中导入UAV和汽车的三维模型,并设置虚拟云台和摄像机.其次,利用UAV、汽车与云台之间的相对运动模拟UAV跟踪过程中场景的变化,基于运动补偿的云台控制算法保证了虚拟摄像机始终指向目标.然后,虚拟摄像机采集目标所在区域的图片,图像跟踪算法跟踪图片中的目标,并利用目标图像模型解算目标在世界坐标系下的位置.最后,根据目标位置,使用参考点制导法生成期望的滚转角指令,引导UAV围绕目标盘旋飞行.视景仿真软件、图像跟踪算法和MATLAB/Simulink之间通过共享内存与UDP进行闭环通信.此外,提出一种实用可靠的标定方法,完成了视景仿真软件中虚拟摄像机内参矩阵的标定.仿真结果表明:该仿真平台能较好地模拟UAV对不同运动状态汽车的跟踪,得到的仿真结果具有较高的工程参考价值.本文的研究成果为目标跟踪实验提供了良好的仿真环境,有效减少实验成本.     

一种改进KNN的无人机图像快速拼接方法

为了更好解决基于K近邻算法特征匹配速度问题,采用图像像素点经纬度数据加快特征点匹配的无人机图像拼接方法。利用拍摄图片信息里的地理坐标,计算影像像素点经纬度数据,然后计算出两张图像重合部分,利用重合部分特征点经纬度数据大致相同这一特点提高K近邻算法匹配速度,改进后的算法在匹配准确度比传统算法提高了43%左右,最后选用最佳缝合线法对图像进行拼接,获得了质量较好的全景图。     

无人机测图的像控点布设优化及精度提升措施

为探讨区域网法像控点在平原地区的优化布设方案,利用高精度定位定向系统(PositionandOrientationSystem,POS)数据辅助设计4种对比方案.研究表明:各布设方案空三加密的平面精度相近,高程精度差异明显,POS数据可显著提升高程精度;本文所提基线间隔为10、航带间隔为4的区域网法像控点优化布设方案精...     

无人机遥感技术在地质灾害调查中的应用

基于无人机的特点、性能,阐述了无人机在地质灾害调查中的作业步骤.以宁夏回族自治区彭阳县古城镇为研究区,证明了无人机在地质灾害调查中的可行性和优越性.通过介绍无人机在地质灾害调查中的应用特点、意义和关键技术,展望了无人机在地质灾害调查中的应用前景.     

磁偏角对无人机皮托-静压管测风的影响分析

从无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）皮托-静压管测风对磁偏角的敏感性出发，借助无人机皮托-静压管测风原理和误差理论，建立了磁偏角对测风影响的风速误差数学模型；通过仿真，分析了磁偏角对风速测量的影响和误差变化规律，并通过试验数据验证了仿真结论，为磁偏角的校正，提高风速测量精度提供了参考依据。     

集中式光伏电站巡检无人机视觉定位与导航

为了使无人机在集中式光伏电站实现自主飞行,完成光伏组件红外及可见光图像采集任务,针对集中式光伏厂区光伏组串分布特点,提出光伏组串边缘检测方法,并通过视线导引法实现无人机路径跟随控制. 同一厂区的不同光伏组件之间存在颜色差异,针对其颜色特征提出自定义分割方法,结合形状特征可有效识别光伏组件;提取光伏组串轮廓和边缘信息可获取无人机理论飞行路径,通过视线导引法实现无人机对理论飞行路径的精准跟随以确保图像数据采集的有效性和完整性. 实验结果表明,提出的光伏组串识别算法具有较好的适应性和实时性,能够用于无人机理论飞行方向与无人机和光伏组串间偏移量的计算,利用导航控制算法能够实现理想的光伏组串循迹. 光伏组串识别算法和视线导引法能分别有效实现定位和导航,2个程序的结合能够满足无人机飞行控制要求.     

基于等价空间的无人机飞行控制系统故障检测

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)飞行控制系统的故障检测,对于保障无人机的飞行安全具有重要意义。等价空间方法具有残差与未知初始状态解耦的优势,但随着等价空间阶次的提高,其在线计算量显著增大。针对上述问题,提出一种基于等价空间的无人机非线性飞行控制系统快速故障检测方法。建立无人机飞行控制系统的非线性故障模型,在针对线性离散时变系统的等价空间故障检测方法研究的基础上,利用Krein空间投影来实现残差评价函数的递推计算以减小故障检测计算量。以无人机空速管及升降舵故障检测为例,对算法进行了仿真试验验证。试验结果表明,提出的方法可以实现无人机飞行控制系统的快速故障检测。     

无人机战术组网的网络体系结构研究

无人机的运用是网络中心战中至关重要的一个环节,其组网是增强无人机之间通信能力的重要手段,移动Ad Hoc网络是实现无人机战术网络最合适的网络体系结构.根据无人机网络的特殊应用环境及其战术通信的特点,提出了基于无人机战术网的移动Ad Hoc网络分布式的网络体系结构.鉴于跨层设计是实现未来移动通信系统高速率和高服务质量的必然趋势,提出了无人机战术网络的跨层设计与优化思想,为无人机组网研究提供理论指导、实现方法和技术手段.     

多天线无人机通信系统中的安全波束成形方案

针对第6代移动通信系统中多天线无人机通信下行链路传输系统,在有多个合法用户和单个窃听者的场景以及已知窃听者统计信道状态信息的情况下,提出了2种安全波束成形方案：一种是基于迫零算法的波束成形方案,在系统传输总功率受限条件下最大化系统可达安全速率,得到了波束成形权矢量和功率分配因子的闭合解;另一种是基于增强信漏噪比算法的波束成形方案,采用一种分式规划和交替方向乘子法（ADMM）相结合的迭代算法,实现波束成形权矢量和功率分配因子的设计.仿真结果表明,相比较于迫零算法,基于ADMM的增强信漏噪比算法能够有效地提升系统的安全性能.     

基于CAN总线的无人机控制系统协议研究

从无人机的特点和架构出发,在研究比较CAN 2.0B标准、CANaerospace协议和KWP2000协议的基础上,对CAN总线应用协议进行了裁剪,设计了符合无人机控制要求的CAN网络应用层协议和诊断协议,并通过CANoe验证了该协议的可靠性和通信实时性.     

多重威胁下的无人机自主避障航迹规划

无人机作为一种新兴的无人作战力量和不可或缺的民用设备,现已渐渐融入到国家安全和社会发展中的各个方面,航迹规划是保障无人机顺利完成既定任务的核心环节.为解决规划空间存在诸多静态和动态威胁的实时航迹规划问题,提出了一种基于滚动时域的无人机自主避障航迹规划方法.首先将航迹规划模型构建为单目标函数优化问题,根据无人机简化运动学模型和约束条件,采用滚动优化策略生成最优航迹序列;然后对最优航迹序列之间的航迹再一次采用滚动优化策略产生子序列,综合考虑威胁和飞行约束,利用负梯度下降法搜索航路点,采用遗传算法对子序列进行规划;最后经反复滚动迭代优化可得近似全局最优航迹,同时利用贝塞尔曲线对航迹进行处理,使其表征实际的飞行航迹.实验仿真结果表明:验证了模型的合理性和方法的有效性;具有良好的威胁规避能力并能规划出一条光滑航迹;与全局规划方法相比,该方法减少了收敛时间,实时性更强,能够快速、鲁棒地收敛到近似全局最优解.     

基于改进MSCKF的无人机室内定位方法

针对无人机室内定位容易出现漂移的问题,提出基于改进多状态约束卡尔曼滤波器（MSCKF）的无人机（UAV）室内定位方法. 该方法在MSCKF的框架下,提出高鲁棒性、低时延的标志点检测方法. 利用在世界坐标系下坐标已知的标志点计算得到无人机位姿,实现惯性测量单元(IMU)信息与单目视觉信息融合以及无人机位姿修正. 对提出的定位方法进行测试. 测试结果表明,该方法的定位误差小于0.266 m,与OpenVins和LARVIO开源算法相比,定位精度提高了54.6%以上.     

无人机航空遥感系统关键技术研究

简要分析了在我国发展无人机航空遥感系统的必要性和可行性,针对我国某型民用无人机,设计了无人机航空遥感信息平台的总体技术框架.在此基础上,对构建无人机航空遥感信息平台所涉及的关键技术进行了分析.指出高精度的组合导航、不同遥感传感器设备的集成、遥感数据机上处理与压缩以及遥感数据近实时传输等是实现无人机航空遥感信息平台的关键技术.     

电视制导无人机导引律研究

电视制导无人机是目前国际上一项热门研究课题，它不仅要求攻击精度高，而且要求命中目标时姿态最佳，以达到最大毁伤效果，同时电视导引头采用小型化结构，其框架角受到限制，容易发生碰框，影响对目标的精确跟踪。鉴于以上因素，提出一种修正比例导引律——在纵向采取考虑无人机命中角约束和俯仰框架角约束的修正比例导引律，在横侧向采取考虑方位框架角约束的修正比例导引律。仿真结果表明提出的导引规律能满足电视制导无人机的战技指标要求。     

RWPSO与马尔科夫链的无人机航路规划

粒子群算法(PSO)是基于种群的全局搜索算法,具有原理简单,搜索稳定高效等特性,在航路规划领域被普遍运用,但是其在陷入局部最优以及收敛速度方面都存在一定的缺陷.本文针对无人机的任务权重值与生存权重值引入随机游走策略,按照一定规律改变粒子的惯性权重值,可以有效的避免上述情况发生,提升无人机在航路规划中找到最优路径的效率.另一方面,为了能够给规划的路径提供优劣性的判断标准或参考依据,需要构建适用于评估无人机飞行路径点上的生存状态概率模型,本文将随机游走粒子群算法(RWPSO)的航路规划模型与马尔科夫链生存状态随机性模型相结合,得到一个可以用来评估路径点生存概率的航路规划问题模型.仿真结果表明,基于任务权重、生存权重、任务生存权重随机游走的RWPSO算法在寻优时比PSO、量子粒子群算法(QPSO)效率更高,并成功结合马尔科夫链得到一个可以描述出无人机生存概率变化的模型.此模型框架还能够扩展应用于有辐射源、武器、电磁干扰等复杂场景中的航路与任务规划.