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基于多维信号特征的无人机探测识别方法

电子与信息学报 2024年第3期46卷 1089-1099页

作者：聂伟戴琪霏杨小龙王平周牧周超重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全重点实验室和电子与电气工程学院德阳618307

如今,无人机(UAVs)在军用民用领域得到大规模应用,在无人机带来便利的同时也带来了巨大的安全隐患。针对无人机的探测识别技术逐渐成为研究热点,传统的无人机探测方法主要是通过获取雷达回波信号、无人机声音信号和光电信号的方式对无... 详细信息

如今,无人机(UAVs)在军用民用领域得到大规模应用,在无人机带来便利的同时也带来了巨大的安全隐患。针对无人机的探测识别技术逐渐成为研究热点,传统的无人机探测方法主要是通过获取雷达回波信号、无人机声音信号和光电信号的方式对无人机进行探测。然而,这类方法往往容易受到环境影响具有一定的局限性,无法对无人机进行精确的定位和识别。该文提出一种基于多维信号特征的无人机识别方法,该方法首先通过自适应三角阈值法从接收到的无线信号中探测并筛选出无人机信号,同时解析获取的无线信号的信道状态信息(CSI)。然后,利用正交匹配追踪算法(OMP)进行参数估计来获取无人机的位置信息对无人机进行定位。最后,提取无人机信号中的盒维数和径向积分双谱(RIB)来对无人机进行分类识别。通过实验,该方法对无人机的3维定位精度小于1 m,对无人机的分类识别精度最高能达到100%。

关键词：无人机参数估计特征提取目标识别目标定位

稀疏奖励场景下基于状态空间探索的多智能体强化学习算法

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模式识别与人工智能 2024年第5期37卷 435-446页

作者：方宝富余婷婷王浩王在俊合肥工业大学计算机与信息学院合肥230601 合肥工业大学情感计算与先进智能机器安徽省重点实验室合肥230601 中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全重点实验室广汉618307

多智能体的任务场景往往伴随着庞大、多样的状态空间,而且在某些情况下,外部环境提供的奖励信息可能非常有限,呈现出稀疏奖励的特征.现有的大部分多智能体强化学习算法在此类稀疏奖励场景下效果有限,因为算法仅依赖于偶然发现的奖励序列... 详细信息

多智能体的任务场景往往伴随着庞大、多样的状态空间,而且在某些情况下,外部环境提供的奖励信息可能非常有限,呈现出稀疏奖励的特征.现有的大部分多智能体强化学习算法在此类稀疏奖励场景下效果有限,因为算法仅依赖于偶然发现的奖励序列,会导致学习过程缓慢和低效.为了解决这一问题,文中提出基于状态空间探索的多智能体强化学习算法,构建状态子集空间,从中映射出一个状态,并将其作为内在目标,使智能体更充分利用状态空间并减少不必要的探索.将智能体状态分解成自身状态与环境状态,结合这两类状态与内在目标,生成基于互信息的内在奖励.构建状态子集空间和基于互信息的内在奖励,对接近目标状态的状态与理解环境的状态给予适当的奖励,以激励智能体更积极地朝着目标前进,同时增强对环境的理解,从而引导其灵活适应稀疏奖励场景.在稀疏程度不同的多智能体协作场景中的实验验证文中算法性能较优.

关键词：强化学习稀疏奖励互信息内在奖励

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基于无人机航拍视频的运动目标检测与跟踪

电光与控制 2024年第11期 47-54页

作者：钱奕舟王在俊高耀文王雪中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全科研基地

针对无人机视角下拍摄物体尺寸小、外观模糊，以及无人机平台自身存在运动等问题，基于无人机航拍视频的运动目标检测与跟踪仍具有很大的挑战性。提出了基于改进LK光流法的运动目标检测与跟踪算法，利用卡尔曼滤波算法进行目标跟踪；针... 详细信息

针对无人机视角下拍摄物体尺寸小、外观模糊，以及无人机平台自身存在运动等问题，基于无人机航拍视频的运动目标检测与跟踪仍具有很大的挑战性。提出了基于改进LK光流法的运动目标检测与跟踪算法，利用卡尔曼滤波算法进行目标跟踪；针对传统LK光流法在动态环境下效果不佳的问题，引入语义分割线程筛选动态点和静态点，通过筛选后的静态点求解单应矩阵完成无人机的运动补偿、计算动态点的光流值获得光流点以降低误匹配率，最后通过聚类算法和形态学运算得到完整的运动目标；将所提的重识别模块引入卡尔曼滤波算法实现目标跟踪。实验结果验证了所设计的运动目标检测与跟踪算法在无人机视角下能够实时、准确地提取出运动目标，并持续稳定地跟踪目标。

关键词：无人机 LK光流法运动补偿运动目标检测目标跟踪

带软时间窗的多调度中心无人机安全运输线路和航迹协同规划

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：魏明孙雅茹孙博王盛杰中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全重点实验室中国民航大学空中交通管理学院

本文建立一种面向物流配送的无人机运输线路和航迹协同规划的双层模型，其中：在上层模型，考虑客户时间窗、无人机载重、能耗和路径风险等约束因素，计算无人机的出发时间和调度中心，及其访问客户的顺序和调度时间表，追求无人机调度... 详细信息

本文建立一种面向物流配送的无人机运输线路和航迹协同规划的双层模型，其中：在上层模型，考虑客户时间窗、无人机载重、能耗和路径风险等约束因素，计算无人机的出发时间和调度中心，及其访问客户的顺序和调度时间表，追求无人机调度成本最低；在下层模型，考虑障碍物、无线电干扰与无人机坠落代价等多重安全因素，计算无人机在任意调度中心和客户之间可行的最短飞行航迹。根据问题特征，设计求解该问题的嵌入A*算法和贪婪策略的两阶段深度强化学习算法。最后，通过一个案例，计算最佳的无人机运输线路及其航迹规划方案，分析关键参数的变化对调度结果的影响，并与其它智能算法进行对比，从而验证本研究的有效性和正确性。

关键词：航空运输无人机运输线路无人机航迹双层模型深度强化学习 A*算法

基于动态粒子群算法的ARAIM可用性优化方法

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测绘学报 2024年第1期53卷 137-145页

作者：王尔申孙薪蕙曲萍萍曾洪正徐嵩庞涛沈阳航空航天大学电子信息工程学院辽宁沈阳110136 沈阳航空航天大学民用航空学院辽宁沈阳110136 中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全重点实验室四川广汉618307

卫星导航的完好性监测技术对保障航空领域的导航安全至关重要。针对高级接收机自主完好性监测算法将完好性风险概率和连续性风险概率平均分配给所有可见卫星,导致垂直保护级较为保守,进而造成可用性降低的问题,本文提出了一种基于动态... 详细信息

卫星导航的完好性监测技术对保障航空领域的导航安全至关重要。针对高级接收机自主完好性监测算法将完好性风险概率和连续性风险概率平均分配给所有可见卫星,导致垂直保护级较为保守,进而造成可用性降低的问题,本文提出了一种基于动态粒子群算法(dynamic particle swarm optimization,DPSO)的ARAIM可用性优化方法。通过优化风险概率分配过程,在完好性指标不变的情况下,可有效降低垂直保护级,提高了ARAIM算法的可用性。选取全球均匀分布的6个MGEX(multi-GNSS experiment)测站对所提方法进行验证,并分析了算法的全球可用性。同时,为验证该方法的有效性,在沈阳法库通航机场采集飞机全飞行阶段的卫星导航试验数据,对算法进行验证。静态数据与动态数据试验结果表明:采用基于DPSO算法的分配策略,降低了垂直保护级,提高了ARAIM可用性,全球范围内ARAIM可用性大于99.5%的覆盖比率由98.2%增加到99.7%。

关键词： GNSS ARAIM 可用性风险概率分配垂直保护级动态粒子群算法

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面向融合运行的飞行员在环建模技术综述

交通运输工程学报 2024年第4期24卷 208-227页

作者：魏麟杨济睿李秀易肖越郑远李诚龙中国民用航空飞行学院飞行技术学院四川广汉618307 中国民用航空飞行学院航空电子电气学院四川广汉618307 中国民用航空飞行学院民航监察员培训学院四川广汉618307 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 中国民用航空飞行学院计算机学院四川广汉618307 中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全重点实验室四川广汉618307

研究了面向有人机与无人机融合运行环境的飞行员模型,基于有人机舱内驾驶和无人机远程遥控驾驶2种操纵类型,介绍了飞行员建模技术的发展历程和各模型特点,通过仿真软件研究了有人机与无人机飞行员在环的响应特性,讨论了通信延迟环节对... 详细信息

研究了面向有人机与无人机融合运行环境的飞行员模型,基于有人机舱内驾驶和无人机远程遥控驾驶2种操纵类型,介绍了飞行员建模技术的发展历程和各模型特点,通过仿真软件研究了有人机与无人机飞行员在环的响应特性,讨论了通信延迟环节对于无人机驾驶回路的影响,总结了各类飞行员模型在不同任务场景下的适用性和不足之处。研究结果表明:面向融合运行环境的飞行员建模瓶颈主要体现在有人机与无人机飞行员所处的操纵回路异构、无人机飞行员缺乏临场情景意识和无人机系统指挥与控制链路(C2链路)存在不确定性延迟等方面;有人机飞行员建模总体上是根据控制理论方法描述人体结构和飞行员的操纵特性,且人工智能方法的发展使得基于智能控制理论的飞行员模型设计方法能够更好地描述飞行员的操纵特性;无人机飞行员由于处于不同的操纵回路位置,远程遥控驾驶通过C2链路实现无人机状态感知和操纵指令上行,因此,无人机飞行员模型建模更趋向于人在环路的表达,需根据应用场景设计相匹配的飞行员模型,才可更真实地反映飞行员在特定场景下的控制与决策行为特性;面向未来的融合运行环境,构建人在环路模型应重点考虑如何描述无人机远程飞行员因临场情景意识缺乏导致的决策差异,如何更好地拟合人机系统操纵特性,以及如何构建具有高效、可靠、低延迟C2链路的飞行员模型等问题。

关键词：航空控制融合运行有人机无人机飞行员模型飞行员在环指挥与控制链路

基于AHP-FEM的飞行学员核心胜任力评估

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航空工程进展 2024年

作者：徐海文孔怡凡黄宏梁爱民赵运祥中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全重点实验室

飞行学员的飞行训练是保障民航安全的重要方法，飞行学员的核心胜任力评估是面向飞行员全生命周期管理体系建设的关键一环。结合层次分析法（AHP）和模糊综合评判法（FEM），建立一个用于评估飞行学员核心胜任力的多层级评估方法。首先... 详细信息

飞行学员的飞行训练是保障民航安全的重要方法，飞行学员的核心胜任力评估是面向飞行员全生命周期管理体系建设的关键一环。结合层次分析法（AHP）和模糊综合评判法（FEM），建立一个用于评估飞行学员核心胜任力的多层级评估方法。首先，在对民航从业人员胜任能力相关研究进行调研分析的基础上，结合飞行学员特点，建立飞行学员核心胜任能力指标体系；其次，采用层次分析法计算核心胜任力指标的权重，并加入模糊规则搭建各个行为指标评估单；再次，融合指标权重和各指标模糊隶属度，对核心胜任力进行多层级模糊综合评价；最后，基于中国民用航空飞行学院某分院的飞行数据，利用多层级模糊综合评价结果、现有评价方法结果以及飞行大队评价结果的对比，验证了本文评估方法的正确性。

关键词：飞行学员飞行训练核心胜任力评估

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飞机机翼表面损伤的近红外高光谱识别

光谱学与光谱分析 2024年第11期44卷 3069-3074页

作者：刘青松杜文静罗博李凯歌但有全许罗鹏杨秀锋唐深兰中国民用航空飞行学院理学院/民航光子与光学探测重点实验室中国民用航空飞行学院机务处

飞机表面损伤的检测和设备研究，对于飞行安全与运营效益具有重大的现实意义。光谱匹配技术是飞机表面损伤高光谱检测需要解决的关键技术之一。不同光谱匹配算法的识别精度常因研究对象而异。为了利用光谱匹配算法实现飞机样品损伤识别... 详细信息

飞机表面损伤的检测和设备研究，对于飞行安全与运营效益具有重大的现实意义。光谱匹配技术是飞机表面损伤高光谱检测需要解决的关键技术之一。不同光谱匹配算法的识别精度常因研究对象而异。为了利用光谱匹配算法实现飞机样品损伤识别，首先搭建了室内近红外高光谱飞机表面损伤检测系统，采集了参考样品和蒙皮样品两类样品的高光谱数据，并利用损伤像元光谱和无损像元光谱制作了两类像元的标准光谱。接着基于计算待测像元光谱与标准光谱相似度的匹配方法，先后采用光谱角（SA）、马氏距离（MD）、光谱信息散度（SID）、光谱相关系数（SCC）四类单一光谱匹配算法和六类组合光谱匹配算法进行两类样品的损伤识别。利用总体分类精度Pa和Kappa系数对上述光谱匹配算法的损伤识别结果进行精度评价。通过对SA、 MD、 SID、 SCC单一算法的阈值参数优化，给出能够较好满足检测需求的合理阈值组。进一步，基于四类单一算法进行组合匹配算法设计，分别采用SA-MD、 SA-SID、 SA-SCC、 MD-SID、 MD-SCC和SID-SCC六类组合算法对两类飞机样品进行损伤识别。结果表明，相比单一匹配算法，组合算法的整体识别准确率相对较高。最后，分别给出适用于飞机样品损伤识别的最优单一匹配算法和组合算法，其中SCC算法和MD-SCC算法，对两类样品的损伤识别率分别可达95%以上和97.5%,可为外场飞机表面损伤的高光谱检测提供技术支撑。

关键词：高光谱飞机表面损伤识别光谱匹配总分精度

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基于HTN的巡视器动态规划方法

系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 631-639页

作者：师明高宇辉张弓北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094

为提升深空探测任务中巡视器动态规划处理效率,从航天工程实践经验出发,结合分层任务网络(hierarchical task network,HTN)理论研究成果,提出巡视器领域知识建模方法以及动态规划流程。针对经典动作规划系统不能处理时态约束关系的问题... 详细信息

为提升深空探测任务中巡视器动态规划处理效率,从航天工程实践经验出发,结合分层任务网络(hierarchical task network,HTN)理论研究成果,提出巡视器领域知识建模方法以及动态规划流程。针对经典动作规划系统不能处理时态约束关系的问题,在建模中引入受限状态事件的表示方法。针对动态规划中的时态约束关系,拓展Allen区间代数的定义,提出事件、全局时间点和虚拟事件的时序逻辑判断方法。针对动态规划中存在的状态空间一致性问题,提出虚拟指令继承原有状态空间的方法。研究结果完善了HTN在航天领域的知识建模方法,解决了经典动作规划缺少时间信息约束的缺陷。所提出的虚拟事件、虚拟指令解决动态规划状态判定方法,可有效提高深空探测任务中巡视器遥操作的工作效能和地面中心进行事件处理的灵活性。

关键词：分层任务网络动态规划虚拟指令遥操作