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基于深度学习的无人机引导线识别模型

计算机应用 2024年

作者：崔多王秋生北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

无人机引导线识别是无人机基于地面引导线进行自动寻径，针对地面引导线识别速度慢，识别精度低等问题，提出一种多任务的基于U-Net的轻量化数据融合模型Mobile-FuUnet。首先，在U型网络的结构上，引入MobileNet-V3进行特征提取，引入... 详细信息

无人机引导线识别是无人机基于地面引导线进行自动寻径，针对地面引导线识别速度慢，识别精度低等问题，提出一种多任务的基于U-Net的轻量化数据融合模型Mobile-FuUnet。首先，在U型网络的结构上，引入MobileNet-V3进行特征提取，引入深度可分卷积(DSC)减少模型参数量，建立多任务轻量化模型；最后，引入前置图像的多项式特征矩阵，基于注意力机制进行数据融合，解决引导线边缘部分大面积缺失所带来的计算问题，以提高模型的运算准确率。在Tusimple数据集与无人机引导线数据集展开多次对比验证，实验结果表明，在引导线数据集上，Mobile-FuUnet模型可以实现帧率为109，平均交并比为98.71%,F1得分为99.64%，曲线模型R2评分95.03%的引导线识别任务，相较于U-Net、Enet、DeepLab v3等模型在运行速率与计算精度上均有提升。

关键词：引导线识别深度学习语义分割注意力机制数据融合

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RBF动网格技术研究进展及其气动弹性应用

航空学报 2024年

作者：杨超邹志诚谢长川安朝胡存佚北京航空航天大学航空科学与工程学院北京航空航天大学国际创新研究院北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

以气动弹性计算为代表的多学科耦合计算中，结构变形会带来流体求解域的变形，需要发展一种通用性好、计算效率高、适用性强的动网格技术以满足气动力的求解需求。基于径向基函数（Radial basis function,RBF）插值法的动网格技术具有... 详细信息

以气动弹性计算为代表的多学科耦合计算中，结构变形会带来流体求解域的变形，需要发展一种通用性好、计算效率高、适用性强的动网格技术以满足气动力的求解需求。基于径向基函数（Radial basis function,RBF）插值法的动网格技术具有较强的变形网格生成能力，适用于任意类型的变形网格计算，被认为是一种具有较好应用前景的动网格方法。本文介绍了基于RBF的动网格技术的基本理论，分析了RBF方法的基函数与紧支半径选取方案，对针对基于RBF的动网格技术的加速算法、精度提升方法的研究进展进行了整理，介绍了基于RBF的混合动网格技术。最后对目前气弹计算中基于RBF的动网格技术研究现状与发展前景做了简要总结。

关键词：径向基函数气动弹性插值动网格计算效率

仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法

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控制理论与应用 2024年第5期41卷 855-865页

作者：仝秉达段海滨魏晨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院仿生自主飞行系统研究组北京100083 鹏城实验室广东深圳518055

针对多无人机对抗问题,本文提出了一种三维空间中仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法.在分析鹰鸽捕食逃逸行为的基础上,文章构建了多无人机博弈对抗系统模型,并定义了微分博弈中的连续可微值函数,证明了值函数满足Hamilton-J... 详细信息

针对多无人机对抗问题,本文提出了一种三维空间中仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法.在分析鹰鸽捕食逃逸行为的基础上,文章构建了多无人机博弈对抗系统模型,并定义了微分博弈中的连续可微值函数,证明了值函数满足Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程,从而保证鞍点策略存在.使用最优分配方法,为仿鹰无人机一方设计了分组对抗分配策略,以解决多无人机追逃场景中的任务分配问题.本文对比仿真实验结果验证了所提出方法的有效性.

关键词：多无人机对抗微分博弈任务分配捕食逃逸鞍点策略

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基于空间目标异步观测的惯导误差快速确定

中国惯性技术学报 2024年第1期32卷 16-26页

作者：杨静王栋熊凯北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京控制工程研究所空间智能控制技术重点实验室北京100094

针对惯性/天文组合导航系统中大的初始状态误差影响惯导误差收敛速度的问题,在星相机观测具有先验位置信息的有限空间目标的辅助下,提出一种基于目标-恒星角距异步测量的惯导误差在线快速确定方法。首先,在星相机光轴旋转角度和视场角... 详细信息

针对惯性/天文组合导航系统中大的初始状态误差影响惯导误差收敛速度的问题,在星相机观测具有先验位置信息的有限空间目标的辅助下,提出一种基于目标-恒星角距异步测量的惯导误差在线快速确定方法。首先,在星相机光轴旋转角度和视场角大小受限的情况下,设计了通过异步照相观测方式获取有效空间目标参考信息的方案;其次,在利用惯导误差状态传播模型实现异步测量信息同步处理的基础上,构建基于空间目标与恒星之间角距的非线性最小二乘优化模型,避免了星相机的光轴扰动和安装误差对测量精度的影响;最后,基于高斯牛顿法设计了两轮迭代优化估计惯导位置误差和速度误差的方法。蒙特卡洛仿真结果表明,所提方法利用对空间目标和恒星的有限观测信息,可以有效估计惯导位置误差和速度误差,在初始位置误差约十千米量级的情况下,可以估计补偿约97.73%的位置误差以及66.25%的速度误差,优化求解误差参数的计算耗时为0.0160 s。

关键词：天文导航异步观测非线性最小二乘高斯牛顿法

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融合事件的点线特征法视觉惯性里程计

兵工学报 2024年

作者：刘毓敏蔡志浩孙家岭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航空航天大学无人系统研究院

视觉惯性里程计是机器人实现自主定位的关键技术，事件相机作为一种异步的视觉传感器，与传统相机具有互补的特点。针对低光照、光照大幅度变化和高速运动场景，对事件相机的输出和传统图像进行融合，并结合惯性测量单元，进行实时点线... 详细信息

视觉惯性里程计是机器人实现自主定位的关键技术，事件相机作为一种异步的视觉传感器，与传统相机具有互补的特点。针对低光照、光照大幅度变化和高速运动场景，对事件相机的输出和传统图像进行融合，并结合惯性测量单元，进行实时点线特征法视觉惯性里程计研究。提出一种从事件流生成事件图像的算法，设计融合事件的点线特征检测方法；基于视觉-惯性紧耦合的思想，设计后端滑动窗口优化算法；进行数据集试验验证和无人机飞行试验验证。在数据集上的试验结果表明：与仅使用传统图像的点线特征法视觉惯性里程计相比，在高速运动的场景下，定位误差平均减少了22%以上；在低光照、光照大幅度变化的场景下，定位误差平均减少了59%以上。

关键词：事件相机点线特征视觉惯性里程计视觉同时定位与地图构建位姿估计

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工业互联网层级架构与安全:复杂网络新视角

中国科学:技术科学 2024年第10期54卷 2042-2052页

作者：吕金虎任磊谭少林赖李媛君孔宇升王雅哲中关村实验室北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

工业互联网是新一代信息技术与制造业深度融合的产物.通过构建人-机-物全面互联的新型工业制造平台,工业互联网正快速推动着传统工业生产与服务模式朝向数字化、网络化、智能化方向变革与发展.本文从多层级动态异构复杂网络的视角,系统... 详细信息

工业互联网是新一代信息技术与制造业深度融合的产物.通过构建人-机-物全面互联的新型工业制造平台,工业互联网正快速推动着传统工业生产与服务模式朝向数字化、网络化、智能化方向变革与发展.本文从多层级动态异构复杂网络的视角,系统阐述制造业工业互联网的层级架构与系统安全.具体地,通过详细分析工业制造过程中设备层、产线层、企业层与跨企业层的核心功能组件及其关键技术,阐明传统工控系统与新一代工业互联网之间的联系与区别.特别地,本文将从新型末端设备的智能防护接口、弹性自愈合工控网络、IT/OT跨域信任传递与异常检测、工业数据流通保护与溯源等几个方面,聚焦工业互联网安全的关键技术与挑战.

关键词：工业互联网云网边端智能制造工控系统数据保护

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多源干扰下谐波齿轮传动强抗扰控制

控制理论与应用 2024年

作者：夏鹏飞李文硕朱玉凯北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学杭州创新研究院北京航空航天大学宇航学院

谐波齿轮传动系统能调节转速和扭矩,但因具有传动误差、挠性刚度、摩擦和迟滞等多源干扰,理想地将其等效为比例环节,难以在精密运动控制中达到期望精度.针对多源干扰下谐波齿轮传动系统精细角位置控制问题,设计了一种将干扰观测器(Distu... 详细信息

谐波齿轮传动系统能调节转速和扭矩,但因具有传动误差、挠性刚度、摩擦和迟滞等多源干扰,理想地将其等效为比例环节,难以在精密运动控制中达到期望精度.针对多源干扰下谐波齿轮传动系统精细角位置控制问题,设计了一种将干扰观测器(Disturbance observer,DO)和扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)相结合的强抗扰控制(Enhanced anti-disturbance control,EADC)策略,其中DO用于估计已知部分动态特性的迟滞干扰,ESO用于估计除迟滞之外的总扰动.通过“前馈+反馈”的复合控制结构实现了多源干扰的同时补偿和抑制,从而保证谐波齿轮传动系统精度.本文分析了DO和ESO的收敛性、闭环系统的稳定性,对比了摩擦前馈补偿控制、自抗扰控制、基于干扰观测器控制和EADC方法的跟随和抗扰性能,数值仿真结果表明EADC优于其他三种控制,验证了算法的有效性.

关键词：谐波齿轮传动多源干扰干扰观测器扩张状态观测器迟滞

基于有限忍耐度鸽群优化的无人机近距空战机动决策

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计算机应用 2024年第5期44卷 1401-1407页

作者：郑志强段海滨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083

由于对抗双方态势的快速变化,无人机近距空战机动自主决策困难且复杂,是空中对抗的一个难点。对此,提出一种基于有限忍耐度鸽群优化(FTPIO)算法的无人机近距空战机动决策方法。该方法主要包括基于机动动作库的对手行动预测和基于FTPIO... 详细信息

由于对抗双方态势的快速变化,无人机近距空战机动自主决策困难且复杂,是空中对抗的一个难点。对此,提出一种基于有限忍耐度鸽群优化(FTPIO)算法的无人机近距空战机动决策方法。该方法主要包括基于机动动作库的对手行动预测和基于FTPIO算法的机动控制量和执行时间优化求解两个部分。为提升基本鸽群优化(PIO)算法的全局探索能力,引入有限忍耐度策略,在鸽子个体几次迭代中没有找到更优解时对其属性进行一次重置,避免陷入局部最优陷阱。该方法采用的优化变量是无人机运动模型控制变量的增量,打破了机动库的限制。通过和极小极大方法、基本PIO算法和粒子群优化(PSO)算法的仿真对抗测试结果表明,所提出的机动决策方法能够在近距空战中有效击败对手,产生更为灵活的欺骗性机动行为。

关键词：鸽群优化算法近距空战机动决策无人机有限忍耐度策略

知识图谱技术在预测与健康管理中的应用现状与研究展望

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电光与控制 2024年第2期31卷 1-11页

作者：唐荻音丁奕州王轩赖李媛君于劲松北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100000

随着预测与健康管理(PHM)技术的不断发展以及设备智能化、信息化程度的不断提高,预测与健康管理的领域知识与日俱增。知识图谱技术因其强大的知识组织、管理、表示能力以及支持的数据/知识驱动相关方法,受到领域内学者广泛关注。面向预... 详细信息

随着预测与健康管理(PHM)技术的不断发展以及设备智能化、信息化程度的不断提高,预测与健康管理的领域知识与日俱增。知识图谱技术因其强大的知识组织、管理、表示能力以及支持的数据/知识驱动相关方法,受到领域内学者广泛关注。面向预测与健康管理领域,对知识图谱的概念、关键技术、领域应用以及挑战与展望进行了综述。首先,介绍了领域知识图谱的定义和组成要素;其次,讨论了领域知识图谱的构建方法,简要归纳了领域内常用的构建方式和技术;然后,结合领域内知识特点,详细介绍了领域内知识图谱的应用情况;最后,分析了与领域融合的知识图谱研究中存在的挑战以及未来的发展方向。综述旨在帮助研究者加深对知识图谱及其在预测与健康管理领域应用的了解,以促进知识图谱在该领域应用中的进一步发展和创新。

关键词：知识图谱预测与健康管理知识图谱构建知识图谱应用