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面向无人驾驶车辆的行车安全场模型构建方法

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1375-1383页

作者：谢楚安任羿杨德真冯强孙博王自力北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191

针对全面系统评价无人驾驶车辆行车安全方法欠缺的问题,提出一种改进的无人驾驶车辆行车安全场模型。考虑无人驾驶车辆复杂道路因素,人工智能(AI)系统感知、决策、控制3大模块的特性对无人驾驶车辆行车安全的影响,基于胡克定律,建立动... 详细信息

针对全面系统评价无人驾驶车辆行车安全方法欠缺的问题,提出一种改进的无人驾驶车辆行车安全场模型。考虑无人驾驶车辆复杂道路因素,人工智能(AI)系统感知、决策、控制3大模块的特性对无人驾驶车辆行车安全的影响,基于胡克定律,建立动态势能场及安全行为场相结合的无人驾驶车辆行车安全场数学模型,以此表征道路上静止物体、运动物体与AI系统自身等因素造成的行车风险。结合典型行驶场景的行车安全分析验证所提模型的正确性和可用性。

关键词：无人驾驶车辆行车安全场风险行车安全评价动态势能场

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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

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球面坐标下基于语义分层的知识图谱补全方法

应用科学学报 2024年第1期42卷 119-133页

作者：郭子溢朱桐林广艳谭火彬北京航空航天大学软件学院北京100191

大多现有知识图谱补全方法普遍忽略了实体间客观存在的语义层次差异,为解决该问题,提出一种在球面坐标系下基于语义分层信息的知识图谱补全(knowledge graph completion on semantic hierarchy in spherical coordinates, SpHKC)模型。... 详细信息

大多现有知识图谱补全方法普遍忽略了实体间客观存在的语义层次差异,为解决该问题,提出一种在球面坐标系下基于语义分层信息的知识图谱补全(knowledge graph completion on semantic hierarchy in spherical coordinates, SpHKC)模型。该方法将实体映射到球面坐标,位于不同球面的实体处于不同语义层级,球的半径越大,该球面上的实体所位于的语义层级越低。而关系则被建模为一个球面的实体向另一实体(位于相同球面或不同球面)的移动,包含旋转与定位操作,以处理实体语义层级异同的两种情况。球面坐标的极角和方位角也给予实体更丰富的表达形式。实验表明,SpHKC与当前主流方法在FB15k-237和WN18RR数据集上的效果基本持平,并且它在YAGO3-10数据集的平均倒数排名(mean reciprocal ranking, MRR)、Hits@10等重要指标上比相关研究的最新算法稳定提升约1%,证明了语义分层信息的有效性。

关键词：知识图谱知识图谱补全知识图谱嵌入语义层级信息语义分层结构球坐标

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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

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

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航天员舱外操作载荷分析的逆运动学建模方法

宇航学报 2024年第8期45卷 1205-1215页

作者：朱位刁常堃王昊孟令子苏南武晨滔邓忠民北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京航空航天大学宇航学院北京100191

针对航天员舱外活动中操作动作对扶手和脚限制器约束点造成的载荷进行精细化分析。对失重环境下航天员的运动特点进行了总结,采用逆运动学算法对航天员上肢操作动作进行建模;引入运动耗能、关节角与施力能力的关系、航天服活动反力矩等... 详细信息

针对航天员舱外活动中操作动作对扶手和脚限制器约束点造成的载荷进行精细化分析。对失重环境下航天员的运动特点进行了总结,采用逆运动学算法对航天员上肢操作动作进行建模;引入运动耗能、关节角与施力能力的关系、航天服活动反力矩等条件作为冗余系统约束;并考虑身高、体重、工作位点距离等精细化因素对操作载荷的影响。对沿扶手行走和搬运大质量物体典型算例的分析表明,此方法利用最小耗能准则进行出舱活动复杂运动的逆运动学求解具有可行性,基于本方法分析模型精细化参数影响,分析了操作力和力矩载荷与航天员体重、身高和工作位点距离的关系,并可据此开展更加精确的出舱活动操作载荷预测,为有关结构设计提供参考。

关键词：航天员舱外活动逆运动学动作建模载荷分析

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声光光谱仪的光谱及辐射标定方法

光学学报 2024年第9期44卷 274-283页

作者：成驰赵慧洁郭琦李然北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学青岛研究院山东青岛266104 北京航空航天大学人工智能研究院北京100191 北京航空航天大学“空天光学-微波一体化精准智能感知”工业和信息化部重点实验室北京100191

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的红外光谱仪须在宽温度范围内具备光谱响应稳定性,以保证光谱数据精度。然而,随环境温度变化,声光光谱仪存在光谱漂移和系统辐射响应漂移,造成光谱数据偏差。现有声光光谱仪辐射定标研究虽然考虑了辐射响应... 详细信息

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的红外光谱仪须在宽温度范围内具备光谱响应稳定性,以保证光谱数据精度。然而,随环境温度变化,声光光谱仪存在光谱漂移和系统辐射响应漂移,造成光谱数据偏差。现有声光光谱仪辐射定标研究虽然考虑了辐射响应受温度的影响,但并未在辐射定标前修正光谱漂移,导致辐射定标结果不准确。本文提出了一种修正温度影响的光谱及辐射标定方法。首先,建立了引入温度变量的AOTF器件调谐模型,在光谱定标中修正温度造成的光谱漂移,实现了变温辐射定标过程中的波长追踪;然后再求得含温度变量的光谱辐射定标系数,完成辐射定标。依托实验室搭建的中波红外AOTF光谱成像温度修正标定验证系统,在-30~50℃温度区间验证了标定方法的有效性。低温-30℃处的平均驱动频率偏差从41.1 kHz降低至0.29 kHz,修正后光谱辐射量与理论值偏差在低温区间显著降低。

关键词：中波红外光谱仪声光可调谐滤波器温度漂移辐射定标

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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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镁-二氧化碳冲压发动机粉末燃料供应特性研究

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推进技术 2024年第1期45卷 134-143页

作者：王旭卜彦鹏徐旭于洋关铭刘佳迅杨庆春北京航空航天大学宇航学院北京100083 北京航空航天大学沈元学院北京100083 湖南航天有限责任公司飞行器技术分公司湖南长沙410205 中国航天科工集团有限公司科研生产部北京100038

为了研究镁-二氧化碳冲压发动机粉末燃料供应特性,搭建了粉末流量实时监测系统、高背压模拟系统和粉末喷注可视化实验系统,对所供应粉末流量的准确性和稳定性、不同载气流量下供粉状态和粉末喷注特性等供应性能进行了详细分析。结果表明... 详细信息

为了研究镁-二氧化碳冲压发动机粉末燃料供应特性,搭建了粉末流量实时监测系统、高背压模拟系统和粉末喷注可视化实验系统,对所供应粉末流量的准确性和稳定性、不同载气流量下供粉状态和粉末喷注特性等供应性能进行了详细分析。结果表明:采用气固两相流壅塞式供应方式,可以确保供应系统在模拟发动机工作过程中的高背压环境下稳定且精确地供应粉末,实测粉末流量与理论最大偏差4.8%;为保证发动机工作稳定性,燃烧试验应在载气压力稳定阶段开展,此过程中供粉流量仅与活塞速度和粉末装填密度有关;在研究的载气流量范围内,载气流量对供粉流量影响不明显,但对粉末喷注特性有显著影响。粉末喷注速度随载气流量增大而线性增加,同时喷注锥角随载气流量增大则先减小后增大。综合粉末掺混、分散和发动机组织燃烧性能等多方面考虑,为提高模型冲压发动机理论燃烧性能,在后期点火试验中载气流量与粉末流量比可以初步设计在0.68附近。

关键词：粉末冲压发动机粉末供应粉末流化供应特性镁粉