实时图像匹配辅助无人机导航研究

针对GPS/INS组合导航系统在抗干扰性和精度上不能完全满足无人机导航系统要求的问题,利用实时图像匹配辅助无人机导航的方法进行仿真研究.首先,对输入图像进行目标识别定位,为了满足系统的实时性要求,研究采用光电混合联合变换相关器进行实时图像匹配,仿真结果表明,目标的识别定位精度小于两个像素,能够为无人机提供精确的导航信息;再根据摄影测量原理计算导航信息中的位置和姿态角信息;最后,将匹配定位得到的导航信息通过Kalman滤波器与惯导系统解算的导航信息进行信息融合,仿真结果表明,滤波后导航信息的误差均获得了较明显的收敛,提高了无人机导航系统的抗干扰性和导航精度.     

长航时无人机惯性/天文组合导航算法研究

针对捷联惯导/GPS组合导航系统的抗干扰性差、捷联惯导/星敏感器组合系统不能解决惯导位置发散的问题,提出了一种采用捷联惯导与基于间接敏感地平的天文导航相组合的长航时无人机导航新方案。分析了最小二乘微分校正天文定位方法对无人机的定位原理,设计了组合导航的滤波器,推导了系统的观测矩阵。仿真结果证明,组合方法能较好地实现无人机的定位定姿,具有较强的抗干扰性和较高精度,可以满足长航时无人机导航系统的要求。     

基于CPS架构的旋翼无人机组合定位建模研究

针对在特殊地区连续导航和组合导航冗余技术的问题,提出基于信息物理融合系统架构的BDS/GPS/SINS组合导航的旋翼无人机定位方案。以六旋翼为运载体,采用超紧组合导航结构和联邦式滤波结构建立模型,通过Simulink虚拟定位仿真,得到较为精确的位置信息。进一步搭建旋翼无人机物理融合定位系统实验平台,该平台的BDS/GPS接收机接收由NSS8000多星群模拟器提供的虚拟卫星导航电文信号,方便用户对CPS虚拟和现实环境的人机交互界面进行操作。通过定位信息融合进行基于BDS/GPS/SINS超紧组合导航的室内飞行实验,失星下定位精度都能达到2.0?m±0.5?m。仿真和实验结果表明,该定位系统具有信息物理融合的鲁棒性和安全可靠性。     

基于MEMS-SINS/GPS的组合导航系统设计

针对小型无人机导航系统低成本、微小型、高效性的特点,提出了基于捷联惯导(SINS)\卫星定位(GPS)的组合导航系统设计方案,深入研究了组合导航系统的关键技术;分析了MEMS传感器误差对导航系统的影响,建立了系统误差模型;采用利于工程实现的基于位置、速度误差作为状态向量,以松耦合方式进行集中式Kalman滤波,对SINS/GPS信息进行融合,避免了传统SINS系统状态模型非线性,滤波器设计困难的问题;最后对系统进行了仿真;仿真结果表明,该组合导航系统成功抑制了SINS系统的积累误差,提高了导航精度与可靠性,具有广阔的应用前景。     

小型无人机自动驾驶仪设计与实现

针对小型无人机,以低成本、小型化、高集成度为出发点进行了自动驾驶仪的设计与实现;系统以DSP TMS320F2812处理器为核心,集成了MEMS加速度计、角速率陀螺、GPS接收机和动静压传感器,扩展了高精度模数转换器、异步串行通讯接口和外部存储器等硬件资源,实现了导航和控制功能的一体化设计;详细介绍了系统的结构和基本功能以及导航、控制方案;最后,经过半实物仿真验证,系统软硬件设计合理,能够满足小型无人机导航、控制的需求.     

基于SLAM的旋翼无人机组合导航算法研究

在旋翼无人机组合导航中,针对缺乏GPS作为导航信号源的室内飞行环境,为了达到精确定位的目的,提出一种基于SLAM（simultaneous localization and mapping）的旋翼无人机组合导航算法。首先,引入双线性插值算法,实现基于扫描匹配的即时定位与地图构建;其次,对陀螺仪、加速度计和磁罗盘建立捷联惯导系统误差模型,针对旋翼无人机的使用环境对误差模型进行简化;最后,应用联邦卡尔曼滤波算法,设计组合导航系统模型,将SLAM算法和捷联惯导系统估计出的位置数据进行融合。仿真结果表明所设计基于SLAM的旋翼无人机组合导航算法能够进一步提高组合导航系统对旋翼无人机位姿估计的精度。     

基于场景识别的无人机自主着陆组合导航研究

研究无人机自主着陆阶段的组合导航问题,现有绝大多数是GPS/INS的组合导航,其中状态量的位置信息也都选择了传统的纬度、经度和海拔高度.为了适应着陆场景识别导航,提出了一种基于场景识别/INS的无人机自主着陆组合导航新方法.从机场原点指向飞机的矢量相对机场的俯仰角、方位角及矢量长度作为卡尔曼滤波状态量的位置信息,组合导航中量测信息是从飞机上的摄像机所获得的机场特征点在摄像机所摄图像中的位置(坐标).通过对方法的分析及仿真,结果验证了方法在无人机自主着陆阶段组合导航中,稳定性和快速性等识别性能较好.     

基于非线性滤波的无人机组合导航新方法研究

提出一种基于微惯性测量装置/多卜勒测速系统的无人机组合导航新方法,并采用非线性滤波-Unscented卡尔曼滤波(UKF)来解决系统状态方程和量测方程的非线性问题.首先,采用低精度的微陀螺和微加速度计作为惯性测量器件构成MIMU,将其与多卜勒测速系统(DVS)构成MIMU/DVS组合导航系统;然后,以MIMU和DVS的系统误差作为状态,利用各子系统输出的速度信息构造量测,设计卡尔曼滤波器,采用UKF法对导航系统误差进行估计,进而对系统进行误差校正.仿真结果表明,基于非线性滤波的MIMU/DVS无人机组合导航新方法具有较高的导航精度,同时有效地降低了系统成本,具有良好的工程应用价值.     

微小型无人机数据链分发系统设计

当前微小型无人机系统还没有完整的数字数据链系统,数据分发难以实现,战场信息得不到共享,针对这一问题,对微小型无人机数据链进行研究,提出战场数据分发的解决方案。通过建立缓存服务器,暂存无人机信息,设置用户权限和优先级,将信息分发予参战各单位。数据分发系统为建立完整的微小型无人机数据链传输系统奠定理论基础。     

基于ARM7的无人直升机硬件系统设计

为了提高无人机的控制性能,针对某小型无人直升机,提出并实现了以ARM7为处理核心的无人机飞行控制计算机的硬件系统设计方案,详细给出了系统整体方案的设计和接口设计.以一种新的方式采集遥控器的控制信号,这些信号直接是数字信号,这使得对手控信息的采集更加可靠安全.该飞行控制计算机具有体积小,自主导航能力强的特点.     

基于MapX开发的无人机导航系统

使用MapX在无人机导航系统中添加能够处理矢量地图数据的地理信息模块,可以显著地提升系统的性能;文章对如何在矢量地图下进行无人机导航与任务规划进行了研究,完成对地理信息系统中矢量地图的基本控制和操作,并在地理信息图上进行航线的设定与修改;另外,针对二维矢量地图无法对无人机进行三维空间定位的问题,文章通过在无人机导航系统中添加高度位置显示模块,用二维平面地图与高度图相结合的方式来实现对无人机位置的三维定位;通过在无人机仿真实验系统中的使用,证明了该系统能高效、直观地对无人机飞行进行监视与控制。     

高精度、全局优化的无人机Bingo 航迹导航系统

Bingo 航迹导航系统是保证飞机返航安全的重要组件,大型无人机对于Bingo 航迹导航系统在高续航能力、高精度计算等方面提出了更高的需求。根据大型无人机特点,设计了一种高精度、全局优化的Bingo 航迹导航系统。嵌入地面控制站内,解决了Bingo 航迹导航系统受机上计算机计算能力制约的问题;采用完整的无人机气动力和发动机模型,使计算具有更高精度;采用庞特里亚金方法进行整个剖面寻优以获得全局优化结果。在系统测试中,通过比较实际试飞与Bingo 航迹导航系统计算结果,验证该系统的有效性,测试结果表明,采用该系统进行Bingo 航迹导航计算,对飞机返航所需油量计算精度高,并对无人机操作员及时提示,且系统的稳定性较好。     

基于GPS仿真器的无人机导航系统半物理仿真研究

讨论了无人机导航半物理仿真系统中GPS仿真器的设计方法;根据GPS接收机输出信息的特点和WGS-84与各种坐标系的转换关系,将飞机模拟系统解算得到的无人机位置信息转换成与之对应的GPS信号传输到导航链路,用于无人机航迹控制;根据导航飞控系统功能的要求,构建了一个半物理仿真平台来验证此系统,试验结果证明了采用模拟GPS仿真器完全可以对导航软件的功能进行有效的验证,并达到了预期设计要求。     

基于改进YOLOv5s的四旋翼自主降落标识检测算法

无人机自主降落是无人机领域研究的热点之一,导航信息在自主降落过程中又起到至关重要的作用,而视觉导航相较于传统导航方式可以提供更多环境信息,有利于提高无人机着陆安全性。当无人机飞行高度越高,机载相机捕获到的降落标识物就越小,为了提升无人机识别标识物的能力,基于YOLOv5s算法提出了一种改进的无人机实时小目标检测算法。首先,为了检测到更小尺度的目标在原算法基础上新增一个检测头;然后采用BiFPN代替原先PANet结构,提升不同尺度的检测效果;最后将EIoU Loss替换CIoU Loss作为算法的损失函数,在提高边界框回归速率的同时提高模型整体性能。将改进算法应用于无人机自主降落场景下的二维码降落标识检测,实验结果表明改进后的算法在小目标检测中相比于原始YOLOv5s算法的特征提取能力更强、检测精度更高,证明了改进算法的优越性。     

基于惯导/数据链的动态相对定位方法

针对卫星导航定位在复杂环境不可靠情况下如何实现无人机机间相对定位问题,提出一种基于机载惯性导航系统与机间数据链测距相结合的动态相对定位算法。该方法利用机载数据链通信测距能力与机载惯性导航系统输出的无人机速度矢量信息结合,建立机间相对定位模型,通过最小二乘法对无人机之间的相对位置进行估计,实现无人机机间的实时相对定位能力。由于通过最小二乘法解算出的相对定位结果依然存在误差,针对最小二乘法相对定位误差,提出秩亏网平差算法对无人机机群间的相对定位误差进行校正。仿真结果表明：基于最小二乘法的相对定位方法可以减缓惯性导航系统相对定位误差发散速度并且将惯导相对定位精度提高到3倍左右,通过秩亏网平差算法校正将最小二乘相对定位精度提高2倍。     

Extreme learning machine terrain-based navigation for unmanned aerial vehicles

Unmanned aerial vehicles (UAVs) rely on global positioning system (GPS) information to ascertain its position for navigation during mission execution. In the absence of GPS information, the capability of a UAV to carry out its intended mission is hindered. In this paper, we learn alternative means for UAVs to derive real-time positional reference information so as to ensure the continuity of the mission. We present extreme learning machine as a mechanism for learning the stored digital elevation information so as to aid UAVs to navigate through terrain without the need for GPS. The proposed algorithm accommodates the need of the on-line implementation by supporting multi-resolution terrain access, thus capable of generating an immediate path with high accuracy within the allowable time scale. Numerical tests have demonstrated the potential benefits of the approach.     

一套完整的基于视觉光流和激光扫描测距的室内无人机导航系统

提出了一套室内四旋翼无人机控制, 导航, 定位和地图构建的完整解决方案. 无人机机载系统包括三个主要传感器, 即惯性测量单元, 下视相机和激光扫描测距仪. 经过处理, 融合这些传感器的测量数据, 无人机能够可靠的估计自己的飞行速度和实时位置, 并且沿着室内的墙壁进行无碰撞飞行. 通过收集一个完整飞行实验的数据, 无人机的飞行路径和在室内的环境也可以被很好地估计出来. 这套系统中的自主导功能不需要任何远程传感信息或脱机计算能力. 这套室内导航方案的性能和可靠性已在实际的飞行实验中被验证.     

基于MEMS器件的姿态航向参考系统设计及应用

在小型无人直升机的控制中,需要有高精度的运动测量信息作为导航状态输入,通常这些小型直升机因需要在特定的情况下工作而往往体积较小,因而也对导航设备提出了高精度、低功耗、微型化、低成本等多方面的苛刻要求.介绍一种基于MEMS器件的小型姿态航向参考系统的设计及实现,该系统已应用于小型无人直升机的导航控制中.     

基于对应线标定的无人机着陆位姿确定算法

为提高无人机着陆阶段导航信息的自主性,研究了一种基于对应线标定的单目视觉位姿测量方法,以独立确定固定翼无人机在着陆时的姿态和相对着陆点的位置。首先,建立了机载摄像机的运动和投影模型;然后,利用着陆场上任意3条已知自然直线特征,依据对应线标定法建立关于无人机姿态和相对位置的约束方程,以进行无人机姿态和相对位置的解算;最后,进行了地面静态模拟实验,实验结果表明:姿态角误差控制在3°内,位置误差控制在3%内,可以满足某型无人机着陆阶段对导航信息的要求,并且,该方法充分利用了着陆场自然直线特征,贴近实战需要。     

无人机软式自主空中加油视觉导航方法

针对无人机软式自主空中加油问题,提出了用于无人机软式自主空中加油的视觉导航方法.在加油锥套外环平面上均匀布置8个近红外LED,在受油机上布置CCD相机及带通滤镜构成视觉系统,利用该系统对锥套进行近红外成像,对所获取的近红外图像进行特征点提取并利用迭代算法估计锥套与受油机之间的位姿参数.在不同距离下对该视觉导航方法进行了仿真验证.结果表明,所研究的无人机软式自主空中加油视觉导航方法精度较高,抗干扰能力较强,可以有效地用于无人机软式自主空中加油.