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复旦学报（自然科学版） 2012年第4期51卷 406-414页

作者：罗健复旦大学力学与工程科学系上海200433

针对多架无人机协同跟踪一个地面移动目标进行研究.通过基于lyapunov导航向量场的航向控制使各架无人机收敛到位于目标上空的极限环,绕目标展开跟踪.进一步通过相位控制,使各架无人机均匀分布在极限环上,对目标进行协同跟踪.以3架无人... 详细信息

针对多架无人机协同跟踪一个地面移动目标进行研究.通过基于lyapunov导航向量场的航向控制使各架无人机收敛到位于目标上空的极限环,绕目标展开跟踪.进一步通过相位控制,使各架无人机均匀分布在极限环上,对目标进行协同跟踪.以3架无人机协同跟踪沿S型公路匀速前行的地面目标进行仿真.结果表明该方法能使无人机成功地完成协同跟踪任务.

关键词：无人机协同跟踪 lyapunov导航向量场航向控制相位控制

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无人机自主空中加油会合编队控制方法

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电光与控制 2023年第11期30卷 19-25页

作者：蔡云鹏任斌王大勇王延祥王宏伦沈阳飞机设计研究所沈阳110000 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100000 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100000 北京航空航天大学沈元学院北京100000

针对无人机自主空中加油过程中加油机、受油机会合编队问题,基于lyapunov导航向量场(LGVF)和一致性理论设计了一种编队控制方法。首先,建立了无人机编队模型,包括通信拓扑模型和编队几何模型,并在此基础上定义了多无人机系统的协同变量... 详细信息

针对无人机自主空中加油过程中加油机、受油机会合编队问题,基于lyapunov导航向量场(LGVF)和一致性理论设计了一种编队控制方法。首先,建立了无人机编队模型,包括通信拓扑模型和编队几何模型,并在此基础上定义了多无人机系统的协同变量;接着,设计了期望的加油轨迹,并基于lyapunov导航向量场方法设计了加油机(编队参考点)的飞行控制律;然后,根据加油机的位置、速度信息,基于一致性理论设计了加、受油机会合编队控制方法,并分析了该方法的稳定性;最后,进行了数字仿真,表明了所提方法的有效性。

关键词：自主空中加油无人机编队 lyapunov导航向量场一致性理论

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基于机载视觉的多无人机协同standoff跟踪方法研究

基于机载视觉的多无人机协同standoff跟踪方法研究

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作者：车飞国防科技大学

学位级别：硕士

多无人机编队近年来受到了业内的广泛关注。利用多无人机编队对目标实施跟踪监视是无人机的重要应用,而摄像机作为最常见的无人机载荷,在目标信息获取方面发挥了重要作用。本文以搭载摄像机的固定翼无人机为研究对象,考虑无人机视角的... 详细信息

多无人机编队近年来受到了业内的广泛关注。利用多无人机编队对目标实施跟踪监视是无人机的重要应用,而摄像机作为最常见的无人机载荷,在目标信息获取方面发挥了重要作用。本文以搭载摄像机的固定翼无人机为研究对象,考虑无人机视角的视觉目标跟踪和多无人机协同standoff目标跟踪的应用场景,对其中的关键问题进行研究。主要工作及贡献如下:(1)提出基于线性旋转空间的视觉目标跟踪算法。为了解决目标图像发生平面外旋转带来的跟踪漂移,提出了线性旋转空间的概念,并根据相关滤波的特性制定了线性旋转空间的更新机制。为了防止画面抖动发生目标丢失,通过对跟踪结果进行质量评估确定模板更新和重检测的时机。在以上研究的基础上,提出了基于线性旋转空间的视觉目标跟踪算法的框架。使用采集的无人机视角图像序列进行视觉目标跟踪实验。实验结果表明提出的算法对目标平面外旋转和跟踪漂移有显著的抑制效果,对暂时的目标丢失有一定的恢复能力。(2)提出改进的lyapunov导航向量场,实现快速的航迹收敛和相位控制。论文中讨论了引入导引参数c对航迹收敛的影响,导引参数c和生成航迹的曲率之间的关系。设计了在满足无人机最大转弯角的约束条件下,在梯度下降法的基础上构建了搜寻最优导引参数c的算法。对于多无人机协同跟踪,提出了一种新的基于速度控制的相位调整算法,并使用lyapunov稳定性原理分析了其稳定性。进行了单无人机standoff跟踪实验和多无人机协同相位保持的数值仿真实验,验证了所提出的改进导航向量场在收敛速度和跟踪效果上的优越性,和相位控制算法良好的控制效果。(3)构建了高保真的半实物仿真系统验证算法的有效性。基于X-Plane10飞行模拟器、开源飞控和ROS构建了半实物仿真系统,硬件在环仿真实验表明提出的算法能够对处于四种基本运动状态的地面移动目标实施有效的协同standoff跟踪,验证了提出的算法具有较好的实用性和较强的适应性。论文研究了基于机载视觉的多无人机协同standoff跟踪应用下的两个重要环节:视觉目标跟踪和协同standoff跟踪,验证了相关技术的可行性,为后续的实际应用奠定了基础。

关键词：无人机视觉跟踪 standoff跟踪 lyapunov导航向量场相位控制

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复杂环境下多无人机协同地面目标跟踪问题研究

复杂环境下多无人机协同地面目标跟踪问题研究

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作者：陈智民北京理工大学

学位级别：硕士

随着无人机应用范围的拓宽和技术的发展，无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）协同目标跟踪问题作为其他任务过程的子任务，得到了诸多专家学者的关注和发展。本文针对复杂环境下的多UAV协同地面机动目标跟踪问题，重点围绕UAV对地... 详细信息

随着无人机应用范围的拓宽和技术的发展，无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）协同目标跟踪问题作为其他任务过程的子任务，得到了诸多专家学者的关注和发展。本文针对复杂环境下的多UAV协同地面机动目标跟踪问题，重点围绕UAV对地面机动目标的状态融合估计跟踪和UAV观测航迹规划两个问题进行了研究。首先，针对目标跟踪问题，分析了复杂环境下多UAV协同目标跟踪问题求解框架，给出了分层递阶分布式主动求解结构框图，并做了简单说明。UAV目标跟踪过程中存在诸多约束，包括无人机运动学约束、传感器测量约束、通信拓扑变化以及UAV飞行空域约束等。本文针对这些约束问题进行了分析和建模，为后续UAV目标状态融合估计和UAV观测轨迹生成求解过程提供了数学基础。其次，针对“智能”反跟踪地面机动目标的状态融合估计方法进行了研究。UAV通过对目标的观测信息估计目标的运动状态是执行跟踪任务的基本条件，尤其对于机动性强的目标而言，对目标状态的有效估计是UAV实时跟踪目标的关键因素。本文在分析扩展卡尔曼滤波器（Extended Kalman Filter, EKF）和无迹信息滤波器（UnscentedInformation Filter, UIF）算法的基础上，对最小最大化滤波器(Minimax Filter, MF)进行扩展，应用于非线性目标跟踪过程中，并改进提出了分布式一致性MF滤波器形式，应用于解决以下问题：1）被跟踪目标具有一定“智能”，即能够进行反跟踪反监视机动情况下，仍然可以对目标状态进行持续估计;2）在通信拓扑变化，测量受限条件下的多UAV协同目标状态融合估计;3）多UAV分布式一致性目标状态融合估计。最后，针对存在静态障碍和动态威胁源的情况下，UAV对地面机动目标的跟踪航迹生成算法进行了研究。UAV在飞行过程中受到空域限制，本文应用李亚普诺夫导航向量场（lyapunov Guidance Vector Field,LGVF）引导UAV以指定对峙距离盘旋跟踪地面目标的基础上，结合避碰势场函数和相对速度空间的动态规划方法，解决了UAV目标跟踪过程中飞行空域内存在静态障碍和动态威胁源时的避碰航迹规划，持续对目标运动轨迹的跟踪问题。

关键词： UAV 目标状态估计目标跟踪 Minimax滤波器 lyapunov导航向量场

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无人机协同跟踪地面移动目标的研究

无人机协同跟踪地面移动目标的研究

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作者：罗健复旦大学

学位级别：硕士

无人机的协同跟踪地面移动目标是无人机协同控制的重要内容之一。本文研究多架无人机利用lyapunov导航向量场（lyapunov Guidance Vector Field）协同跟踪地面移动目标的算法。针对固定翼无人机的特点,提出合理的运动学模型和控制... 详细信息

无人机的协同跟踪地面移动目标是无人机协同控制的重要内容之一。本文研究多架无人机利用lyapunov导航向量场（lyapunov Guidance Vector Field）协同跟踪地面移动目标的算法。针对固定翼无人机的特点,提出合理的运动学模型和控制模型。利用基于lyapunov导航向量场的航向控制使各架无人机收敛到位于目标上空的极限环,完成绕静止的目标跟踪。通过修正lyapunov导航向量场,考虑目标速度的影响,使单架无人机跟踪地面移动目标。本文提出一种相位控制的协同机制,使各架无人机均匀分布在极限环上,对移动地面目标进行协同跟踪。通过协同,无人机不仅可以避免碰撞,获得较好的目标信息,而且还能防止目标的逃脱。并对上述无人机协同跟踪地面移动目标算法进行仿真。结果表明该方法能使无人机成功地完成协同跟踪任务。

关键词：无人机协同跟踪 lyapunov导航向量场航向控制相位控制

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