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基于动态视觉传感器的无人机目标检测与避障

北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 144-153页

作者：蔡志浩陈文军赵江王英勋北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对无人机在动态环境中感知动态目标与躲避高速动态障碍物,提出了基于动态视觉传感器的目标检测与避障算法。设计了滤波方法和运动补偿算法,滤除事件流中背景噪声、热点噪声及由相机自身运动产生的冗余事件;设计了一种融合事件图像和RG... 详细信息

针对无人机在动态环境中感知动态目标与躲避高速动态障碍物,提出了基于动态视觉传感器的目标检测与避障算法。设计了滤波方法和运动补偿算法,滤除事件流中背景噪声、热点噪声及由相机自身运动产生的冗余事件;设计了一种融合事件图像和RGB图像的动态目标融合检测算法,保证检测的可靠性。根据检测结果对目标运动轨迹进行估计,结合障碍物运动特点和无人机动力学约束改进速度障碍法躲避动态障碍物。大量仿真试验、手持试验及飞行试验验证了所提算法的可行性。

关键词：事件相机事件滤波运动补偿融合检测速度障碍法

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面向空地中继网络优化的无人机运动控制方法

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1712-1723页

作者：陶灿灿周锐北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

本文提出一种基于模型的通信中继无人机运动控制方法,旨在提高地面车辆编队的网络连通性和通信性能。通过联合考虑未知多用户移动性、环境对信道特性的影响以及接收信号的不可用到达角信息来解决中继无人机运动控制问题。该方法主要由... 详细信息

本文提出一种基于模型的通信中继无人机运动控制方法,旨在提高地面车辆编队的网络连通性和通信性能。通过联合考虑未知多用户移动性、环境对信道特性的影响以及接收信号的不可用到达角信息来解决中继无人机运动控制问题。该方法主要由两部分构成:①利用图论中的最小生成树构建网络连接性并定义通信性能指标,该网络连接性同时考虑了地面节点与无人机的通信链路及地面节点与地面节点的通信链路;②针对移动节点的通信中继,提出一种改进粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)和非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)相结合的中继无人机运动控制策略,其中移动节点的未来位置由卡尔曼滤波器进行预测。在单一环境和复杂环境下的仿真结果表明,所提出的运动控制方法可以驱使无人机到达或跟踪最优中继位置的运动并提高网络性能,同时论证了考虑环境对信道的影响是有益的。

关键词：无人机中继通信运动控制最小生成树非线性模型预测控制改进粒子群优化

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基于路径和算法的飞行器集群分布式相对定位

航空学报 2024年第4期45卷 213-227页

作者：赖玮清万九卿北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

根据飞行器集群中各节点的惯性测量以及节点间数据链给出的相对距离测量,利用集中式卡尔曼滤波可以实现集群节点间的相对定位,包括相对位置和相对姿态的估计。集中式算法将集群内全部数据汇聚到中心节点集中处理,系统的可扩展性和可靠... 详细信息

根据飞行器集群中各节点的惯性测量以及节点间数据链给出的相对距离测量,利用集中式卡尔曼滤波可以实现集群节点间的相对定位,包括相对位置和相对姿态的估计。集中式算法将集群内全部数据汇聚到中心节点集中处理,系统的可扩展性和可靠性受到制约。以信念传播为代表的分布式相对定位算法,通过集群各节点对局部信息的处理以及相邻结点间的信息交互,可实现节点间相对位置和相对姿态的全局估计。然而,在集群相对定位问题中,数据链拓扑包含大量环状结构,此时信念传播算法存在收敛性问题。本文提出一种集群相对定位分布式精确推理方法,可适用于任意集群拓扑结构。分别在高斯标准型和规范型描述下,设计集群各节点误差状态的分布式时间更新和量测更新算法,基于路径和原理给出标准型和规范型参数的分布式转换算法。在线性高斯模型假设下,本文方法等价于集中式卡尔曼滤波,可实现相对定位的最优估计。设计基于集群分解的分布式近似推理算法,进一步提升算法运行速度。在六自由度长航时仿真数据上的计算结果表明,基于路径和的分布式近似推理的相对定位精度与集中式卡尔曼滤波接近,明显优于现有的分布式高斯信念传播算法。

关键词：分布式推理相对定位信念传播路径和导航系统

多约束条件下四旋翼机动轨迹跟踪一体化控制方法

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北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 48-60页

作者：王英勋李欣蔡志浩赵江北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

四旋翼无人机高动态飞行需求的增加使其成为一个越来越热门的研究主题。针对四旋翼执行废墟裂缝和树林缝隙穿越任务时的大机动轨迹状态跟踪控制问题,提出基于模型预测控制的一体化控制方法,包含多约束条件下的高机动轨迹规划和多参考状... 详细信息

四旋翼无人机高动态飞行需求的增加使其成为一个越来越热门的研究主题。针对四旋翼执行废墟裂缝和树林缝隙穿越任务时的大机动轨迹状态跟踪控制问题,提出基于模型预测控制的一体化控制方法,包含多约束条件下的高机动轨迹规划和多参考状态量的一体化跟踪控制,并通过飞行试验验证了所提方法相比前馈PID控制方法在跟踪规划的高机动轨迹时的优越性能。在飞行试验中,四旋翼成功穿越了60°滚转角的窄框,其实际滚转角达到60°大角度的同时,z轴误差仅为0.065 m。

关键词：多约束一体化控制模型预测控制轨迹跟踪轨迹规划

鱼骨柔性翼等效结构建模及其气动弹性特性分析

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南京航空航天大学学报 2024年第3期56卷 516-525页

作者：黄可张家应王晨北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 南京航空航天大学航空学院南京210016

鱼骨柔性翼(Fish bone active camber,FishBAC)是一种依靠结构变形实现机翼弯度变化的结构形式,相较于传统的离散式控制面和增升装置,可以在实现机翼弯度变化的同时保持气动表面的连续与光滑。然而,其依靠结构弹性变形实现机翼变弯度的... 详细信息

鱼骨柔性翼(Fish bone active camber,FishBAC)是一种依靠结构变形实现机翼弯度变化的结构形式,相较于传统的离散式控制面和增升装置,可以在实现机翼弯度变化的同时保持气动表面的连续与光滑。然而,其依靠结构弹性变形实现机翼变弯度的基本特征可能引发潜在气动弹性问题。针对柔性翼潜在的气动弹性问题,本文从结构特性和气动弹性特性两方面进行了研究。在结构特性方面,基于欧拉梁理论和逐段刚化法建立等效结构模型,经有限元验证发现简化模型在计算非均质梁结构保持精度的同时提高了计算效率。在气动弹性特性分析方面,基于等效刚柔耦合翼型模型和非定常气动理论完成了气动弹性特性分析。结果表明,FishBAC建模时需考虑结构柔性,忽略结构柔性会对气动弹性特性的预测存在一定偏差。在驱动力矩低于1.5 N·m时,本文简化的等效结构模型可较好地预测考虑静气动弹性特性的机翼结构形变。使用本文提出的翼型模型考虑结构存在刚柔耦合特性,并预测柔性段所发生的弯度颤振,简化模型与MSC Nastran相比在颤振速度预测上保持了一致性。

关键词：鱼骨柔性翼主动变弯度机翼等效结构模型气动弹性颤振分析

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扩散光学成像方法及应用(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 1-26页

作者：宋博文赵雁雨北京航空航天大学医学科学与工程学院北京100191

扩散光学成像技术在生物医学领域有着广泛的应用。相较于磁共振成像(MRI)、计算机X射线断层扫描(CT)、正电子发射断层扫描(PET)和超声成像等成像方式,扩散光学成像利用经组织吸收和散射的扩散光进行成像,可无创、无标记、宽场、定量测... 详细信息

扩散光学成像技术在生物医学领域有着广泛的应用。相较于磁共振成像(MRI)、计算机X射线断层扫描(CT)、正电子发射断层扫描(PET)和超声成像等成像方式,扩散光学成像利用经组织吸收和散射的扩散光进行成像,可无创、无标记、宽场、定量测量氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、血氧、水分、脂质、黑色素等成分浓度和组织功能信息,在安全性、特异性和系统成本等方面有明显优势。本文介绍了扩散光学成像的基本原理,包括光与组织的相互作用和光传播模型,并总结扩散光学成像的相关方法和应用,包括脉搏血氧术、漫射光谱、扩散光学层析成像、荧光分子层析成像和空间频域成像,并对它们的未来发展进行了展望。

关键词：扩散光学成像组织光学功能信息生物医学光学

一种基于安全多方计算的快速Transformer安全推理方案

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计算机研究与发展 2024年第5期61卷 1218-1229页

作者：刘伟欣管晔玮霍嘉荣丁元朝郭华李博北京航空航天大学网络空间安全学院北京100191 复杂关键软件环境全国重点实验室(北京航空航天大学) 北京100878

Transformer模型在自然语言处理、计算机视觉等众多领域得到了广泛应用,并且有着突出的表现.在Transformer的推理应用中用户的数据会被泄露给模型提供方.随着数据隐私问题愈发得到公众的关注,上述数据泄露问题引发了学者们对Transforme... 详细信息

Transformer模型在自然语言处理、计算机视觉等众多领域得到了广泛应用,并且有着突出的表现.在Transformer的推理应用中用户的数据会被泄露给模型提供方.随着数据隐私问题愈发得到公众的关注,上述数据泄露问题引发了学者们对Transformer安全推理的研究,使用安全多方计算(secure multi-party computation,MPC)实现Transformer模型的安全推理是当前的一个研究热点.由于Transformer模型中存在大量非线性函数,因此使用MPC技术实现Transformer安全推理会造成巨大的计算和通信开销.针对Transformer安全推理过程中开销较大的Softmax注意力机制,提出了2种MPC友好的注意力机制Softmax freeDiv Attention和2Quad freeDiv Attention.通过将Transformer模型中的Softmax注意力机制替换为新的MPC友好的注意力机制,同时结合激活函数GeLU的替换以及知识蒸馏技术,提出了一个MPC友好的Transformer转换框架,通过将Transformer模型转化为MPC友好的Transformer模型,提高Transformer安全推理的效率.在局域网环境下使用安全处理器(secure processing unit,SPU)提供的隐私计算协议,基于所提出的MPC友好的Transformer转换框架,在SST-2上使用Bert-Base进行安全推理.测试结果表明,在保持推理准确率与无近似模型一致的情况下,安全推理计算效率提高2.26倍.

关键词：安全推理 Transformer 安全多方计算安全处理器知识蒸馏

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硫酸化钛铈氧化物催化剂的抗重金属中毒

环境工程学报 2024年第3期18卷 830-838页

作者：郭帅蒋偲 ISAH Abdulrasheed Gambo 刘宏菊李想北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学空间与环境学院北京100191

工业烟气中氮氧化物高稳定净化催化剂的开发是实现烟气超低排放的重要需求。目前工业上应用最广的SCR商业V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)催化剂往往面临重金属中毒失活的难题。采用浸渍法改性CeO_(2)载体,开发了具有优异抗重金属(Pb、Zn、Cd... 详细信息

工业烟气中氮氧化物高稳定净化催化剂的开发是实现烟气超低排放的重要需求。目前工业上应用最广的SCR商业V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)催化剂往往面临重金属中毒失活的难题。采用浸渍法改性CeO_(2)载体,开发了具有优异抗重金属(Pb、Zn、Cd)中毒性能的硫酸化钛铈氧化物催化剂。在气体小时空速(GHSV)360000 h^(-1)、温度300℃条件下,硫酸化钛铈氧化物催化剂Pb、Zn、Cd中毒后NO转化率分别为75%、73%、63%,比商用V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)催化剂Pb、Zn、Cd中毒后NO转化率分别增加了28%、36%、43%。Raman表征结果显示,硫酸化钛铈氧化物催化剂Pb中毒后仍然保持了较高的氧空位浓度。XPS和H_(2)-TPR表征结果显示,Pb与SO_(4)^(2-)发生相互作用,保护了催化剂表面的Ce活性位点,从而抑制Pb对脱硝活性的影响。NH3-TPD表征结果显示,SO_(4)^(2-)的掺杂能使催化剂表面酸量显著增加,且催化剂在Pb中毒后表面酸量基本不变,从而表现出高稳定的脱硝活性。本研究可为抗重金属中毒SCR催化剂的设计提供支撑。

关键词：氮氧化物 NH3-SCR 铈基催化剂重金属抗中毒

研究生心理健康的环境生态:基于风险与保护因素的大数据研究

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学位与研究生教育 2024年第1期 41-48页

作者：邓丽芳虞洋洋王姝怡裴蓓北京航空航天大学人文社会科学学院心理学系北京100191 北京航空航天大学人文社会科学学院北京100191

结合质性分析和机器学习对大数据文本进行分析,探讨新时代研究生的心理健康特征和环境风险与保护因素,构建了研究生心理健康的环境生态理论模型。研究发现,研究生的心理健康特征呈现出“心理症状”“日常适应”和“积极心理特质”三维取... 详细信息

结合质性分析和机器学习对大数据文本进行分析,探讨新时代研究生的心理健康特征和环境风险与保护因素,构建了研究生心理健康的环境生态理论模型。研究发现,研究生的心理健康特征呈现出“心理症状”“日常适应”和“积极心理特质”三维取向,“抑郁”“焦虑”和“畏难”是研究生提及最多的负性情绪;“家庭冲突”“恋人矛盾”和“就业形势严峻”是研究生心理健康风险的重要来源,“良好的科研氛围”“和谐的导生关系”和“亲密关系稳定”对研究生的心理健康有重要保护作用。基于研究发现提出如下对策建议:教育工作者要重视通过情绪信号识别研究生的心理健康风险,强化校园环境的保护作用,规避家庭环境中的潜在风险,多方合力为研究生提供个性化的心理健康支持。

关键词：研究生心理健康特征环境风险因素环境保护因素