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角度测量下双机协同standoff目标跟踪

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北京航空航天大学学报 2015年第11期41卷 2116-2123页

作者：朱黔周锐董卓宁李浩北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 中航工业成都飞机设计研究所成都610091

基于最大化目标位置估计精度,针对两架无人机(UAV)仅有角度测量的情况,提出一种新的协同随机运动目标standoff跟踪控制方法.以目标位置估计均方根误差(RSME)作为性能指标,建立其与UAV观测几何构型之间的关系模型,进而确定了最优跟踪时UA... 详细信息

基于最大化目标位置估计精度,针对两架无人机(UAV)仅有角度测量的情况,提出一种新的协同随机运动目标standoff跟踪控制方法.以目标位置估计均方根误差(RSME)作为性能指标,建立其与UAV观测几何构型之间的关系模型,进而确定了最优跟踪时UAV最优观测几何构型.采用扩展信息滤波实现目标状态的融合估计;考虑平台性能、碰撞规避、安全距离等约束条件,采用非线性模型预测控制(NMPC)实现UAV协同分布式在线优化控制.仿真结果表明该算法在确保最优观测构型和跟踪精度的同时有效地提高了算法实时性.

关键词：无人机(UAV) standoff跟踪协同控制非线性模型预测控制均方根误差

面向协同standoff跟踪问题的无人机制导律

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航空学报 2014年第6期35卷 1684-1693页

作者：王树磊魏瑞轩郭庆蔚文杰空军工程大学无人机运用工程系陕西西安710038 空军指挥学院作战仿真实验室北京100097

针对多无人机(UAV)协同standoff跟踪问题,提出了UAV的横侧向和纵向制导律。对参考点制导(RPG)进行改进,作为UAV的横侧向制导律。然后,采用一组非线性微分方程对UAV和目标相对距离的调节过程进行建模,在此基础上证明了改进RPG的渐近稳定... 详细信息

针对多无人机(UAV)协同standoff跟踪问题,提出了UAV的横侧向和纵向制导律。对参考点制导(RPG)进行改进,作为UAV的横侧向制导律。然后,采用一组非线性微分方程对UAV和目标相对距离的调节过程进行建模,在此基础上证明了改进RPG的渐近稳定性,并推导了RPG参数与系统性能的关系,为RPG参数的选取提供了依据。最后,给出了UAV的纵向制导律,并分析了其渐近稳定性。仿真结果表明,改进RPG的跟踪误差和时间乘以误差绝对值积分(ITAE)指标均优于Lyapunov向量场制导(LVFG)和模型预测控制(MPC),故改进RPG具有更快的响应速度和更高的稳态精度。

关键词：无人机非线性渐近稳定性 standoff跟踪制导

基于tau矢量场制导的多无人机协同standoff跟踪方法

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浙江大学学报（工学版） 2016年第5期50卷 984-992页

作者：杨祖强方舟李平浙江大学航空航天学院浙江杭州310027 浙江大学控制科学与工程学院浙江杭州310027

针对有时间约束的多无人机(UAV)协同standoff跟踪需求,研究基于四维矢量场的多UAV协同制导方法.利用本征tau-G制导策略能够依照期望时间对各运动状态进行同步规划的特性,构建tau制导矢量场,并在此基础上提出综合性多UAV协同standoff跟... 详细信息

针对有时间约束的多无人机(UAV)协同standoff跟踪需求,研究基于四维矢量场的多UAV协同制导方法.利用本征tau-G制导策略能够依照期望时间对各运动状态进行同步规划的特性,构建tau制导矢量场,并在此基础上提出综合性多UAV协同standoff跟踪方法.该方法用tau矢量场导引各UAV的位置在期望时间准确收敛于目标圆,利用tau-G策略调整UAV之间的相位间隔,应用序列二次规划对跟踪参数进行优化,并采用人工势场法进行协同避碰避障.仿真结果表明,基于tau矢量场制导的协同standoff跟踪方法计算负荷低,跟踪偏差小、制导策略可飞性好,飞行安全性高,能够更好地满足多UAV协同standoff跟踪的应用需求.

关键词：广义tau理论 tau矢量场制导 standoff跟踪多机协同

基于机载视觉的多无人机协同standoff跟踪方法研究

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基于机载视觉的多无人机协同standoff跟踪方法研究

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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基于参考点法的无人机跟踪目标导引策略设计

西北工业大学学报 2020年第1期38卷 176-182页

作者：谭雁英唐伟贤西北工业大学航天学院精确制导与控制研究所

基于传统参考点导引方法standoff模式进行目标跟踪,当无人机相对目标速度方向与无人机在圆形期望航迹上对应点的切线方向夹角接近90°,且接近期望航迹时,存在无人机收敛到圆形期望航迹上效率不高的问题。根据线性化参考点法跟踪圆形期... 详细信息

基于传统参考点导引方法standoff模式进行目标跟踪,当无人机相对目标速度方向与无人机在圆形期望航迹上对应点的切线方向夹角接近90°,且接近期望航迹时,存在无人机收敛到圆形期望航迹上效率不高的问题。根据线性化参考点法跟踪圆形期望航迹的小角度假设,设计了基于参考点法的无人机standoff跟踪固定/移动目标机动飞行进入导引策略。仿真验证了该策略的有效性,使无人机能快速收敛到跟踪目标的圆形期望航迹上。

关键词：无人机参考点导引法 standoff跟踪导引策略移动目标仿真

基于改进RPG方法的MUAVs协同目标跟踪

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航空学报 2016年第5期37卷 1644-1656页

作者：赵长春梁浩全祝明武哲娄文杰北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

多无人机(MUAVs)协同standoff目标跟踪制导律由保持距离的横侧向制导律和保持相对相位角的纵向制导律组成。无人机(UAV)进行standoff目标跟踪的横侧向制导律采用参考点制导(RPG)方法。针对UAV在基于RPG方法的制导律下存在参考视线与相... 详细信息

多无人机(MUAVs)协同standoff目标跟踪制导律由保持距离的横侧向制导律和保持相对相位角的纵向制导律组成。无人机(UAV)进行standoff目标跟踪的横侧向制导律采用参考点制导(RPG)方法。针对UAV在基于RPG方法的制导律下存在参考视线与相对速度方向夹角需要保持为锐角、转弯速率在UAV运动方向远离目标情况下太小的不足,提出了改进RPG方法。设计了基于改进RPG方法的MUAVs协同standoff目标跟踪横侧向制导律和纵向制导律,分析了制导律的稳定性和收敛性,并验证了改进方法的可行性。采用原始RPG方法和改进RPG方法对UAV分别跟踪静止目标和跟踪运动目标进行仿真的结果表明,UAV处于任意初始位置及飞行方向都能快速进入到期望飞行轨迹,应用改进RPG方法可使UAV围绕目标顺时针飞行或者逆时针飞行,验证了改进RPG方法比原始RPG方法的效率更高。

关键词：多无人机 standoff跟踪制导协同目标跟踪

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面向机动目标跟踪的无人机横侧向制导规律

北京航空航天大学学报 2014年第6期40卷 803-809页

作者：王树磊魏瑞轩郭庆蔚文杰空军工程大学无人机运用工程系西安710038 空军指挥学院作战仿真实验室北京100097

现有的standoff跟踪制导方法在进行机动目标跟踪时不能同时满足响应速度和稳态精度的要求.对用于航路跟踪的参考点制导法(RPG,Reference Point Guidance)进行改进,推导了无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)在跟踪机动目标时的横侧向... 详细信息

现有的standoff跟踪制导方法在进行机动目标跟踪时不能同时满足响应速度和稳态精度的要求.对用于航路跟踪的参考点制导法(RPG,Reference Point Guidance)进行改进,推导了无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)在跟踪机动目标时的横侧向制导规律.采用二阶非线性微分方程对UAV和目标相对距离的调节过程进行建模,在此基础上分析了改进后RPG的渐近稳定性.仿真结果表明,相比Lyapunov向量场(LVFG,Lyapunov Vector Field Guidance)和模型预测控制(MPC,Model-based Predictive Control)的制导方法,改进RPG的跟踪误差和时间乘以误差绝对值积分(ITAE,Integrated Time Absolute Error)指标均优于LVFG和MPC.因此,所提制导规律能够对机动目标的运动进行有效补偿,并具有更快的响应速度、更高的稳态精度和较好的实时性.

关键词：无人机 standoff跟踪制导非线性渐近稳定性参考点制导法 Lya-punov向量场

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基于轨道变换法的多无人机跟踪相角修正研究

飞行力学 2019年第6期37卷 40-45,57页

作者：杨秀霞曹唯一张毅徐鹏海军航空大学探测、制导与控制教研室山东烟台264001 海军航空大学研究生大队山东烟台264001

针对多无人飞行器协同standoff跟踪目标下的相角协调修正问题,提出了一种轨道变换法。建立了无人机运动学模型,用Lyapunov矢量场方法为无人机提供跟踪制导指令。通过在期望的standoff跟踪轨道外设置外轨道,将相角修正问题转化为无人机... 详细信息

针对多无人飞行器协同standoff跟踪目标下的相角协调修正问题,提出了一种轨道变换法。建立了无人机运动学模型,用Lyapunov矢量场方法为无人机提供跟踪制导指令。通过在期望的standoff跟踪轨道外设置外轨道,将相角修正问题转化为无人机在两轨道上飞行时间差的控制问题,同时给出了确定多无人机机动变轨顺序的方法。最后对静止目标协同跟踪相角修正问题进行了仿真验证,仿真结果表明了该方法的正确性和有效性。

关键词：无人飞行器轨道变换法 standoff跟踪 Lyapunov矢量场制导相角修正