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固定翼无人机编队构型与通信拓扑优化

系统工程与电子技术 2022年第9期44卷 2936-2946页

作者：徐星光王晓峰姚璐任章北京机电工程研究所北京100074 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 复杂系统控制与智能协同技术重点实验室北京100074

本文研究了考虑攻防对抗态势与最小信息流要求的固定翼无人机(unmanned aerial vehicles,UAVs)编队构型与通信拓扑优化问题。建立了编队构型指标体系,给出了大规模集群分层编队构型设计模型和编解码方法,提出了基于态势场的队形模型,采... 详细信息

本文研究了考虑攻防对抗态势与最小信息流要求的固定翼无人机(unmanned aerial vehicles,UAVs)编队构型与通信拓扑优化问题。建立了编队构型指标体系,给出了大规模集群分层编队构型设计模型和编解码方法,提出了基于态势场的队形模型,采用粒子群算法开展了队形参数优化。建立了通信网络拓扑效能指标体系,提出了通信代价模型,给出了基于Q学习的网络连通性控制算法。仿真算例验证了所提方法的有效性。

关键词：固定翼无人机编队构型通信拓扑

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固定翼无人机多工况聚类及工况匹配

兵工学报 2020年第8期41卷 1600-1612页

作者：梁少军张世荣郑幸林冬生陆军工程大学军械士官学校湖北武汉430075 武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072

固定翼无人机(UAV)执行任务全程可分为多个工况,对UAV进行工况分析是故障诊断的前提。基于UAV操控原理,选取横向、纵向、速度控制回路的9个状态变量(升降舵偏角、左副翼舵偏角、右副翼舵偏角3个执行器输出数据以及航向角、俯仰角、倾斜... 详细信息

固定翼无人机(UAV)执行任务全程可分为多个工况,对UAV进行工况分析是故障诊断的前提。基于UAV操控原理,选取横向、纵向、速度控制回路的9个状态变量(升降舵偏角、左副翼舵偏角、右副翼舵偏角3个执行器输出数据以及航向角、俯仰角、倾斜角、高度、空速、缸温6个传感器输出数据)表征UAV实时工作状态。根据UAV数据特征提出共享近邻改进的密度聚类(SNN-DBSCAN^*)算法,用于划分UAV工况。结合数据剪切率、满意曲线概念得到适合SNN-DBSCAN*算法的拐点启发式参数优化方法。提出独立成分分析与支持向量机(ICA-SVM)融合算法用于在线工况匹配,其中独立成分分析(ICA)算法旨在对UAV各变量数据进行特征提取和重构,以提高匹配模型的抗干扰能力。UAV实飞数据结果表明:SNN-DBSCAN^*算法可在不增加先验知识基础上合理地划分UAV工况,ICA-SVM匹配模型可以获得满意的工况匹配准确率,且对UAV的变量偏差有较好的抵御能力。

关键词：固定翼无人机多工况聚类工况匹配共享近邻密度聚类独立成分分析模式匹配

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固定翼无人机航迹跟踪抗风性研究

现代防御技术 2022年第1期50卷 41-47页

作者：刘玄冰周绍磊肖支才祁亚辉代飞扬海军航空大学山东烟台264001

无人机作为一种新型军事装备,具有广泛的作战应用场景。无人机的航迹跟踪性能和抗干扰能力是其安全完成飞行任务的保障,随着现代战争作战环境日益复杂,无人机飞行将面临更大的挑战。针对目前固定翼无人机在飞行过程中受风扰影响严重的问... 详细信息

无人机作为一种新型军事装备,具有广泛的作战应用场景。无人机的航迹跟踪性能和抗干扰能力是其安全完成飞行任务的保障,随着现代战争作战环境日益复杂,无人机飞行将面临更大的挑战。针对目前固定翼无人机在飞行过程中受风扰影响严重的问题,设计了一种具有抗风性的航迹跟踪方法。利用非线性导引原理实现对航迹的跟踪,并通过引入反馈消除了风扰条件下飞行轨迹与期望航迹之间存在的静差。最后通过仿真验证了该方法的可行性和有效性。

关键词：固定翼无人机导航控制航迹跟踪抗风性能非线性导引法

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固定翼无人机健康退化建模方法研究

兵器装备工程学报 2023年第9期44卷 69-76页

作者：郑幸王冲卢俊钢张世荣梁少军陆军工程大学军械士官学校武汉430075 武汉大学电气与自动化学院武汉430072

固定翼无人机随使用时间累积,健康状态会逐步退化。研究其健康退化建模方法,可用于无人机剩余寿命预测,指导开展预先维修、智能维修,从而有效延长装备使用寿命和减少故障发生概率。针对固定翼无人机全寿命数据难以获取及故障数据稀缺导... 详细信息

固定翼无人机随使用时间累积,健康状态会逐步退化。研究其健康退化建模方法,可用于无人机剩余寿命预测,指导开展预先维修、智能维修,从而有效延长装备使用寿命和减少故障发生概率。针对固定翼无人机全寿命数据难以获取及故障数据稀缺导致建模困难的问题,提出了基于多任务批次健康飞行数据的建模方法。该方法以SVDD算法为基础,构建无人机健康超球体模型,以球心距偏移趋势刻画健康退化程度,在此基础上引入KDE算法构建飞机整体健康退化指标,进一步使用LSTM算法实现多批次退化趋势的拟合。该方法可应用于固定翼无人机维护与维修,减少维修成本。

关键词：固定翼无人机健康退化建模 SVDD KDE LSTM

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固定翼无人机巡逻覆盖协同路径规划方法研究

航空学报 2023年

作者：尹洪玉吴宇梁天骄重庆大学航空航天学院成都飞机设计研究所

固定翼无人机以其速度快，成本低和可搭载更多设备的优点被广泛应用于侦察任务当中。针对固定翼无人机复杂山地环境协同巡逻覆盖任务中的路径规划问题进行了研究。与以往研究关注无人机实现整个区域的完全覆盖不同，本文关注的重点是多... 详细信息

固定翼无人机以其速度快，成本低和可搭载更多设备的优点被广泛应用于侦察任务当中。针对固定翼无人机复杂山地环境协同巡逻覆盖任务中的路径规划问题进行了研究。与以往研究关注无人机实现整个区域的完全覆盖不同，本文关注的重点是多架无人机对任务区域展开协同巡逻，并保证区域内每个地点都能够被无人机连续访问。以往的研究中，无人机的工作模式为分别负责每个子区域的覆盖任务，而本研究中多架无人机在整个巡逻区域中协同工作，能够在提高覆盖效率的基础上更加灵活地处理紧急情况。针对紧急情况下需要在短时间内访问目标区域，设计了一种设置动态目标点的策略和小尺度下的穿梭覆盖算法，保证执行紧急任务的无人机能够在规定时间内到达目标区域的同时兼顾正常的巡逻任务，且对目标区域实现完全覆盖。最后通过一系列的仿真来验证巡逻覆盖协同路径规划算法在侦察覆盖任务中应用的可行性和优化效果。并且在紧急任务中验证动态目标点设置策略相比于以往静态目标点的优越性。

关键词：固定翼无人机侦察覆盖巡逻覆盖协同路径规划算法穿插覆盖算法动态目标点

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同方期刊数据库

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固定翼无人机多工况聚类及识别研究

兵器装备工程学报 2022年第1期43卷 221-227页

作者：卢俊钢张世荣梁少军杨毅武汉大学电气与自动化学院武汉430072 陆军工程大学军械士官学校武汉430075

针对固定翼无人机作业过程中多工况的分类以及一般模式识别算法时效性低,准确率不高的问题,提出了“聚类分析-模式识别”相结合的多工况分析技术路线,将工况分析分为离线和在线2个阶段。离线阶段,提出子一种基于分组的密度聚类算法,采... 详细信息

针对固定翼无人机作业过程中多工况的分类以及一般模式识别算法时效性低,准确率不高的问题,提出了“聚类分析-模式识别”相结合的多工况分析技术路线,将工况分析分为离线和在线2个阶段。离线阶段,提出子一种基于分组的密度聚类算法,采用分而治之的聚类思想对无人机历史飞行数据进行聚类分析,并将聚类所得各抽象数据簇视为工况。在线阶段,提出了一种基于多维度分解的快速模式识别算法,其调用离线聚类信息以在线识别测试数据工况。还搭建了数据采集与分析平台,利用实际飞行数据对算法进行了验证。结果表明本文提出的算法能有效提高工况识别效率和准确度。

关键词：多工况固定翼无人机 G-DBSCAN 模式识别维度分解

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固定翼无人机曲线路径跟踪的积分向量场方法

国防科技大学学报 2018年第2期40卷 119-124页

作者：赵述龙王祥科张代兵沈林成国防科技大学智能科学学院湖南长沙410073

常规的向量场方法在处理无人机曲线路径跟踪问题时很容易受非定常风扰的影响而使得跟踪误差增加,因此很多方法采用用无人机的惯性坐标系(地速和方位角)替代机体坐标系(空速和偏航角)的方式来提高抗风性能。但是,这种方式只能处理大小和... 详细信息

常规的向量场方法在处理无人机曲线路径跟踪问题时很容易受非定常风扰的影响而使得跟踪误差增加,因此很多方法采用用无人机的惯性坐标系(地速和方位角)替代机体坐标系(空速和偏航角)的方式来提高抗风性能。但是,这种方式只能处理大小和方向均恒定的风扰,这在实际飞行中是过于理想的假设。为了克服这些不足,提出了一种采用侧偏距的积分来主动抵消非定常风扰的积分向量场方法用于固定翼无人机曲线路径跟踪控制。根据期望路径的曲率及路径角,结合无人机自身的状态信息设计了曲线路径跟踪策略,并且使用李雅普诺夫理论证明了提出的方法能够确保闭环系统的全局渐进稳定。最后,使用高性能半实物仿真系统验证了提出方法的抗风跟踪性能。

关键词：固定翼无人机路径跟踪积分向量场非定常风扰

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固定翼无人机路径规划算法研究

固定翼无人机路径规划算法研究

作者：李钦伦华中科技大学

学位级别：硕士

固定翼无人机以其高速、长航时和大载荷的优势,在军事、民用及科研领域得到广泛应用。然而,由于固定翼无人机本身的运动约束,其在复杂场景中的路径规划面临较大挑战。现有研究主要关注二维场景的路径规划问题,忽略了飞行高度因素,难以... 详细信息

固定翼无人机以其高速、长航时和大载荷的优势,在军事、民用及科研领域得到广泛应用。然而,由于固定翼无人机本身的运动约束,其在复杂场景中的路径规划面临较大挑战。现有研究主要关注二维场景的路径规划问题,忽略了飞行高度因素,难以适应复杂环境。为此,针对固定翼无人机的三维路径规划问题,开展了以下研究:首先,研究了无人机在不确定复杂环境下的路径规划问题。采用分而治之的思想,将不确定复杂环境分解为已知信息与未知信息。针对已知信息,使用一种流水避石的路径规划方法,并在其基础上将场景划分为多个阶段,同时使用粒子群优化算法进行参数寻优。针对未知环境,提出了一种基于深度强化学习的路径规划算法。算法以无人机自身所携带的传感器作为环境信息来源,实时地调整飞行方向,规避环境威胁体。同时,针对稀疏奖励问题,增加了辅助奖励函数,并提出自适应时间惩罚以减小路径长度。最后,结合以上两个算法的优势,提出一种混合路径规划算法以应对不确定复杂环境。实验表明,在完全已知环境、完全未知环境以及混合环境中,混合路径规划算法在路径长度、路径平滑度和路径风险方面均表现出了良好的性能。其次,将问题进一步扩展为无人机集群多任务协同路径规划问题。考虑到问题的复杂性,将多任务协同路径规划问题划分为任务分配和路径规划两个子问题。针对任务分配问题,采用遗传算法进行求解,并结合贪心策略进一步加快搜索速度,优化分配方案。在任务分配完成后,针对路径规划问题,提出融入序列神经网络的强化学习算法,以提高无人机集群的协同能力,并利用迁移学习提升训练速度。此外,提出单目标点训练、多目标点执行的策略以解决多个目标点训练难以收敛的问题。实验结果表明,该方法在任务分配阶段缩短了无人机集群的任务完成时间,并在各种场景中均成功实现了集群协同路径规划,表现出良好的泛用性与协同性。

关键词：固定翼无人机路径规划三维场景任务分配强化学习

同方学位论文库评论

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固定翼无人机自适应轨迹跟踪控制研究

固定翼无人机自适应轨迹跟踪控制研究

作者：陈鹏江西理工大学

学位级别：硕士

固定翼无人机因其具有飞行速度高、飞行续航长、机动灵活等优点,在国防和民用领域都具有广泛的应用。因此多年来各国的专家学者在固定翼无人机领域进行了大量的研究,从有人机发展到无人机。轨迹跟踪控制便是其中比较热门的话题。轨迹跟... 详细信息

固定翼无人机因其具有飞行速度高、飞行续航长、机动灵活等优点,在国防和民用领域都具有广泛的应用。因此多年来各国的专家学者在固定翼无人机领域进行了大量的研究,从有人机发展到无人机。轨迹跟踪控制便是其中比较热门的话题。轨迹跟踪是固定翼无人机在执行巡逻和目标跟踪等任务的基础,因此能否实现对预定轨迹的跟踪,关乎到任务是否能够完成。此外,固定翼无人机系统是欠驱动的、非线性的,而且各个系统状态之间的耦合性非常强,难以通过机理建立非常准确的数学模型,导致设计控制器时比较困难。此外固定翼无人机在飞行中非常容易受到风的干扰。针对以上问题,本文对固定翼无人机的轨迹跟踪控制做了以下工作:(1)分析了固定翼无人机的飞行原理,建立了非线性的动力学模型和运动学模型。为了方便设计控制器,设定固定翼无人机的平衡状态,并在平衡状态下将非线性模型泰勒展开,只取其第一项。由此便得到固定翼无人机的线性模型。并考虑到固定翼无人机的巡航轨迹与降落轨迹的区别,针对不同的飞行阶段分别设计控制器;(2)采用了内模控制作为固定翼无人机的降落轨迹控制器。为了避免由于系统参数摄动以及模型误差对控制效果产生影响,本文使用参数自适应算法对内部模型进行实时修正,确保模型准确。由于实际模型并非完全可逆,便无法很好的抑制干扰和模型的非最小相位带来的影响,本文通过借用模型参考自适应算法的思想,设计了一个自适应补偿器补偿控制输出。通过以上两点确保系统的稳定性和抗干扰能力;(3)采用模型预测控制作为固定翼无人机的巡航轨迹控制器。首先,为了减小静态误差,将状态空间方程改为增量的形式。其次,考虑到在巡航阶段轨迹变化大,由于模型预测控制器的时域参数固定,有时并不能取得良好的跟踪效果。因此,本文设计了一个参数匹配机制,通过判断当前的位置与跟踪位置之间的误差大小,根据固定翼无人机当前的状态信息匹配最优的时域参数,使控制器对不同的期望轨迹有一定的适应能力;(4)将圆锥螺旋曲线和降落轨迹曲线相连作为期望轨迹进行仿真实验,仿真结果表明本文所提出的控制方法能够较好的完成控制目标。

关键词：固定翼无人机自适应控制内模控制模型预测控制轨迹跟踪