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基于模糊抑制函数的地形跟随控制技术

计算机仿真 2013年第7期30卷 106-109,146页

作者：王雯中国航天计算技术研究所陕西西安710119

关于飞行器航迹优化控制问题,地形跟随飞行控制技术是实现飞行器低空突防的重要技术,以飞行器航迹倾斜角为被控对象,利用地形起伏提高飞行器的战场生存能力。适应角法是地形跟随控制系统中应用最广泛的一种方案。为了提高地形跟随控制精... 详细信息

关于飞行器航迹优化控制问题,地形跟随飞行控制技术是实现飞行器低空突防的重要技术,以飞行器航迹倾斜角为被控对象,利用地形起伏提高飞行器的战场生存能力。适应角法是地形跟随控制系统中应用最广泛的一种方案。为了提高地形跟随控制精度,优化过顶轨迹,在分析了适应角法中传统抑制函数的不足后,提出了一种模糊抑制函数的改进适应角算法,结合地形跟随飞行中各阶段的不同特点,制定模糊规则来计算抑制函数,使得飞行器能够快速响应地形起伏变化。同时,结合飞行器运动模型,对地形跟随的效果进行了仿真。仿真结果表明,采用模糊抑制函数的地形跟随控制系统能够减小过顶超调,增强飞行隐蔽性。证明所设计的模糊抑制函数能达到更好的地形跟随轨迹控制效果。

关键词：低空突防地形跟随适应角法模糊控制抑制函数

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多传感器融合的小型无人机地形跟随系统设计

多传感器融合的小型无人机地形跟随系统设计

作者：牛渊深圳大学

学位级别：硕士

小型无人机作为一种低成本、易操控、高效率的可飞行载体,在航拍、工业巡检以及农业植保等众多领域发挥了重要作用。由于无人机的飞行环境具有复杂性和不确定性,简单的自动化飞行策略难以保证无人机在复杂环境中的飞行安全。所以进一步... 详细信息

小型无人机作为一种低成本、易操控、高效率的可飞行载体,在航拍、工业巡检以及农业植保等众多领域发挥了重要作用。由于无人机的飞行环境具有复杂性和不确定性,简单的自动化飞行策略难以保证无人机在复杂环境中的飞行安全。所以进一步提高无人机的飞行能力,完善无人机的飞行控制策略有着重要的价值和意义。本文介绍了一种基于多TOF传感器的地形跟随系统,用于解决小型无人机在复杂环境飞行时地形障碍的规避问题。本文针对无人机地形跟随问题。设计了一套包含多TOF传感器的无人机飞行控制系统。飞行控制系统以ADSP-BF706为主控芯片,包含IMU、气压计以及可扩展的GPS和电子罗盘模块。提出了一种基于多TOF传感器的无人机高度控制方法。无人机通过对不同下视角度下地形的实时距离测量,从而实现高效复杂的地形跟随控制。同时,基于机载多TOF传感器和VICON空间定位系统对飞行数据进行采集,为进一步基于深度学习的无人机地形跟随控制方法研究提供基础数据支撑。实验结果表明,本次设计实现的地形跟随系统效果良好。基于多TOF传感器的地形跟随系统能够有效规避由于地形起伏而产生的障碍,并对前方的障碍有一定的预判作用,提高了飞机的安全性。

关键词：无人机飞行控制系统 TOF传感器地形跟随深度学习

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通用型低空导航吊舱地形跟随算法研究与实现

通用型低空导航吊舱地形跟随算法研究与实现

作者：唐小虎西北工业大学

学位级别：硕士

本文以“通用型低空导航吊舱地形跟随算法研究”为背景，在充分掌握低空突防系统相关理论的基础上，基于现代战争的现实需求，并考虑到提高系统的飞行性能问题以及实际工程对算法设计的要求，采用适应角法对低空导航吊舱进行了算法设计... 详细信息

本文以“通用型低空导航吊舱地形跟随算法研究”为背景，在充分掌握低空突防系统相关理论的基础上，基于现代战争的现实需求，并考虑到提高系统的飞行性能问题以及实际工程对算法设计的要求，采用适应角法对低空导航吊舱进行了算法设计，并建立了相应的数学模型和系统仿真验证平台。在全数字模型建立方面，分析了雷达和无线电高度表的工作原理和工作方式，详细介绍了雷达工作间隙时的地形数据存储和更新方法，并设计了地形跟随算法。除此之外，运用Simulink工具箱构造了飞机模型、地形模型和驾驶员模型等数学模型，搭建起地形跟随算法的闭环结构，为系统算法的验证奠定了必备的仿真基础。针对多传感器信息融合的复杂性，在熟悉了信息融合基本知识的基础上，重点设计采用了基于Kalman联邦滤波的信息融合算法，主要用于解决前视雷达和无线电高度表之间的信息融合问题，并给出了采用联邦滤波算法后信息融合的仿真结果。在Matlab运行环境下，设计了地形跟随系统仿真平台，实现了对系统的实时仿真验证。从仿真执行流程的角度出发，按照系统模块化设计的方式，使用C／C++与Matlab工具混合编程的方法，实现与其它进程模块的访问。针对本文提出的地形跟随和多传感器信息融合算法设计，以某型飞机为例，分析在不同地形（选用单个山峰，双山峰地形）、不同飞行状态下的关键性能指标，对地形跟随系统进行了仿真研究，实验结果表明：系统的TF算法设计可行，融合算法有效，所构建的仿真系统基本满足各项误差指标。

关键词：地形跟随导航吊舱适应角法多传感器信息融合联邦滤波无线电高度表

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无人飞行器地形跟随导引视觉技术研究

无人飞行器地形跟随导引视觉技术研究

作者：黄毅南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着无人飞行器的应用场景越来越复杂,视觉感知技术和导引技术受到了研究者更加广泛的关注。本文以固定翼无人飞行器地形跟随飞行为应用背景,着重研究机载单目相机对障碍物/地形的探测技术、地形跟随中的导引技术以及导引律参数调节规... 详细信息

随着无人飞行器的应用场景越来越复杂,视觉感知技术和导引技术受到了研究者更加广泛的关注。本文以固定翼无人飞行器地形跟随飞行为应用背景,着重研究机载单目相机对障碍物/地形的探测技术、地形跟随中的导引技术以及导引律参数调节规律。首先,针对基于视觉的固定翼飞行器地形跟随问题,确定了地形跟随导引系统总体方案;分别讨论各种视觉探测技术和导引技术方案的优劣和可行性,确定了本文的地形探测方案和地形跟随导引律类型;然后,面向障碍物/地形深度估计问题,通过序列图像结合组合导航系统对相机位姿进行实时解算,并对求解的相机位姿初值进行非线性优化,降低图像预处理噪声对相机位姿估计的影响;以相邻帧相机位姿构造投影矩阵,逆向求解障碍物/地形的三维坐标,完成障碍物/地形与飞行器的相对位置关系估计;接着,基于真实的地形高程数据,搭建飞行器地形跟随探测仿真,以适应角法作为地形跟随导引律,针对导引律的多参数调节复杂问题,研究分段参数的初值确定以及调节规律,有效降低导引律参数设计的难度;最后,搭建真实图像序列数据采集平台,进行真实场景深度数据集采集;对本文障碍物/地形深度估计算法进行真实序列集验证;对地形跟随导引律与参数进行真实地形的跟随飞行仿真验证,飞行的实际过载和航迹角均满足机动性能约束,航迹曲线较好地贴合了地形轮廓,证明所设计地形跟随探测仿真方案的可行性,以及所设计导引律参数的有效性。

关键词：固定翼飞行器地形跟随视觉导引适应角法地形探测深度估计

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武装直升机贴地飞行控制与地形跟随研究

武装直升机贴地飞行控制与地形跟随研究

作者：王莉南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文主要对贴地飞行时武装直升机的飞行控制系统进行深入的研究和探索，讨论了贴地飞行时气流扰动对直升机系统的影响，研究了H鲁棒控制和动态逆控制在直升机飞控系统中的应用。主要的内容包括直升机飞行控制系统内外回路设计、直升机... 详细信息

本文主要对贴地飞行时武装直升机的飞行控制系统进行深入的研究和探索，讨论了贴地飞行时气流扰动对直升机系统的影响，研究了H鲁棒控制和动态逆控制在直升机飞控系统中的应用。主要的内容包括直升机飞行控制系统内外回路设计、直升机机动飞行的仿真、地形跟随的仿真以及OpenGL三维动画仿真等方面的内容。由于直升机存在着较强的耦合性、不稳定性，呈现出较强的非线性，本文首先建立了直升机六自由度的小扰动耦合的运动模型。之后介绍了直升机遭受气流扰动的影响，并且建立了大气紊流和风切变的数学模型，为后面控制系统的设计提供了基础。接着本文设计直升机姿态角速率指令(RCAH)、姿态角指令(ACAH)模态，按照时标分离的原则将直升机内环飞控系统划分为快慢回路，并分别采用H和动态逆的方法设计控制器，使直升机的四个通道得到解耦。随后在直升机外环回路进行设计，采用二次型状态调节器设计法设计速度控制回路。为了验证飞控系统的抗风扰动特性，引入风切变和紊流，仿真表明所设计的飞控系统对风扰动具有良好的鲁棒稳定性。并且选取几个典型的机动飞行科目进行仿真，结果表明达到ADS33D标准要求。地形跟随系统的设计也是本文的一个重要内容，在这一章中，本文采用适应角法设计地形跟随系统，并提出了适应角法的改进方法。在典型地形情况下进行地形跟随仿真，并且为了真实模拟地形跟随，在控制通道加入风扰动，结果表明该飞控系统能够很好的抵抗风扰动，紧紧跟随最优轨迹飞行。本文最后在VC环境下用OpenGL开发了直升机三维动画仿真平台，构造了三维地形和直升机模型，仿真了直升机做蛇形机动、急跃升／急跃降、地形跟随等机动飞行，通过逼真的视觉效果验证了飞控系统的正确性。

关键词：直升机贴地飞行 H∞鲁棒控制非线性系统动态逆风切变紊流机动飞行地形跟随 OpenGL

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一种新的地形跟随飞行方法与关键技术研究

计算机测量与控制 2012年第7期20卷 1983-1985,1995页

作者：赵小勇杨恒辉西安航空计算技术研究所第十八研究室西安710068

传统的飞行器地形跟随飞行主要依赖前视地形跟随雷达来确定航线周围的地形轮廓,实现地形跟随;基于DEM高程数据和机载控制计算机,提出一种新的飞行器实现无源地形跟随技术的技术途径、系统方案和可能出现的关键技术,并对涉及的主要关键... 详细信息

传统的飞行器地形跟随飞行主要依赖前视地形跟随雷达来确定航线周围的地形轮廓,实现地形跟随;基于DEM高程数据和机载控制计算机,提出一种新的飞行器实现无源地形跟随技术的技术途径、系统方案和可能出现的关键技术,并对涉及的主要关键技术实现进行了分析和讨论;关键技术包括导航曲线生成系统的实现方法和技术途径,执行地形跟随飞行控制的机载计算机基本需求、系统结构和设计方法等;经过仿真验证,按照该方法的控制的跟随飞行在高程和飞行姿态方面满足预计目标。

关键词：飞控计算机 DSP 地形跟随导航曲线高程曲线

基于多源传感器的四旋翼导航定位与地形跟随应用研究

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基于多源传感器的四旋翼导航定位与地形跟随应用研究

作者：马群东南大学

学位级别：硕士

四旋翼是一种轻型低成本无人飞行器,目前已广泛应用于航空摄影、电力巡检、农业植保等众多领域。然而由于四旋翼载荷有限,无法携带高精度的导航定位设备,导致其在复杂地形环境下执行任务,使用单一设备如GNSS接收机时容易受到遮挡或干扰... 详细信息

四旋翼是一种轻型低成本无人飞行器,目前已广泛应用于航空摄影、电力巡检、农业植保等众多领域。然而由于四旋翼载荷有限,无法携带高精度的导航定位设备,导致其在复杂地形环境下执行任务,使用单一设备如GNSS接收机时容易受到遮挡或干扰而产生信号丢失。此外,四旋翼在林地山间进行地形跟随飞行时容易受湍流影响而造成失速,尤其是其高度控制响应存在延迟,会导致跟随实时性降低。因此,提高四旋翼在复杂环境下的定位精度和飞行稳定性对于进一步拓展其应用范围有着重要的理论意义和实用价值。本文以开源四旋翼为研究平台,开展了对基于多源传感器信息融合的四旋翼导航定位与地形跟随技术的研究,论文主要分为以下三个部分:(1)运动建模与仿真:根据四旋翼的运动学和动力学特征,推导出基于十二维状态向量的动力学模型,并对模型进行了线性化处理;利用搭建的无人机力学测试平台对450mm轴距四旋翼结构和动力参数进行测量;最后,设计了内外环分层的四旋翼控制系统,并在Simulink中进行了仿真验证,结果表明所建模型能够准确反映出四旋翼的运动特征。(2)多源传感器融合方法研究:分析了各传感器输出特性并建立量测模型,开展基于多源传感器融合的导航与定位算法研究。针对四旋翼飞控计算资源有限的特点设计了两级互补滤波算法:在第一级姿态解算方面,介绍了两种互补滤波算法的计算过程,并采集飞控IMU原始数据进行算法验证,在静态和动态条件下对比了两种算法的姿态跟踪精度;在第二级位置解算方面,利用互补滤波算法融合了GNSS、光流和测距仪等传感器数据,对四旋翼速度、位置及传感器偏移量进行估计,并在实际飞行测试中对比了融合不同传感器信息的定位精度。(3)地形跟随应用与高度控制方法改进:为了提高四旋翼在航点间飞行的轨迹精度,对无人机的路径规划算法进行改进;针对高度控制延迟和实时性下降的问题,在传统PID控制结构基础上,提出了一种串级PID高度控制器,增加了对内环的垂直速度控制。Simulink仿真结果表明串级PID可以显著提高高度控制的动态性能。利用搭建的四旋翼实验平台,进一步验证了串级PID控制器的优势。

关键词：四旋翼无人机动力学模型多源传感器融合互补滤波地形跟随