摘要：随着无人机技术的发展,无人机集群对抗已成为国内外研究热点.现有决策算法的研究主要集中于同构无人机集群对抗场景,且当应用于更复杂对抗场景时,存在奖励函数设计难度大、决策实时性难以满足等问题.为此,本文针对异构无人机集群对抗的实时机动决策问题展开研究.首先,构建了一个长机–僚机异构无人机集群的对抗仿真环境,其中,长机和僚机具有不同的机动和攻击能力,且对胜负具有不同影响力.其次,本文提出了一种基于多智能体强化学习的分布式无人机集群协同机动控制算法,并设计了一套结合课程学习和自博弈的策略训练与优化方法.通过设计简单的稀疏奖励结合课程学习方法即可学到异构无人机集群协同机动策略;引入自博弈对抗方式,使得对手无人机的策略更具针对性,以提升对抗的强度,从而进一步优化机动策略,使其更贴近实际需求.最后,仿真验证了本文所提方法的有效性和可扩展性.

摘要：针对四旋翼无人机强耦合、欠驱动、非线性等特点,以及在实际飞行过程中极易受到干扰的问题,对四旋翼无人机动力学模型进行分析,提出了一种基于联合的四旋翼无人机姿态控制算法,并在此基础上设计了四旋翼无人机半物理仿真系统。首先,针对非线性系统设计滑模控制器,选择跟踪航迹和翻滚角设计位置控制率和姿态控制率。其次,滑模控制器在实际应用中易产生震荡,利用基于信用积分的小脑模型神经网络(CPCMAC)来学习滑模控制的方式。最后,搭建基于LabVIEW的控制站,同Matlab/Simulink进行数据收发控制。仿真结果表明,在跟踪目标相同时,提出的四旋翼无人机滑模-CPCMAC联合控制相比于传统的比例积分微分(PID)控制和积分反步法控制优势明显,能够抑制超调和余差,在快速性和鲁棒性方面都更加优越。同时,构建的四旋翼无人机半物理仿真平台能清晰反馈出无人机参数的变化,应用预留的参数接口和地面控制站,降低了无人机飞控算法的开发难度,提高了开发效率,具有明显的实用价值。

摘要：设计了一款后推构型轻木夹芯/碳纤维复合材料结构无人机机身,完成了机身气动外形设计、流场分析和内部结构设计.建立了机身结构有限元模型,完成了结构刚度校核.编写子程序,将3D Hashin失效准则嵌入计算模型,基于三类失效模式构建极限状态函数g(x),对机身结构进行了强度及稳定性校核.采用等步长施加超设计载荷,预测了结构的初始损伤位置及模式.对机身蒙皮铺层方案进行了优化设计,采用g(x)函数对更改铺层方案后的结构性能进行了评估.研究结果表明:着陆工况和最大飞行速度工况的机身蒙皮表面压强最大值均在机头整流罩区域.两种工况的极限状态函数g(x)均大于0,最大位移分别为3.076 mm和2.92 mm,机身结构满足刚度、强度和稳定性要求.对着陆工况施加1.17倍设计载荷时,油料舱下壁板轻木芯材发生压缩分层初始损伤.机身结构失稳发生于侧面蒙皮,提高45°铺层占比可提高蒙皮的稳定性.玻纤蒙皮铺层优化后,在质量不变的条件下,结构稳定性裕度提高了 7.2％.

摘要：为准确且高效地拟合既有道路路线,开展了基于无人机倾斜摄影的路线拟合设计方法的研究。该方法利用无人机搭载多台传感器,从多个角度获取现有道路的影像数据,并借助ContextCapture软件生成真实的三维实景模型。通过该实景模型,可以批量提取道路边缘线的三维坐标信息,用于路线拟合设计,进而生成现有道路的BIM模型。在以京港澳高速公路广州至深圳段改扩建工程为案例的验证与应用中,利用该方法生成的道路BIM模型与实景三维模型进行对比,结果显示二者贴合度高,验证了方法的准确性和高效性。研究成果为公路改扩建工程提供了一种创新且高效的路线拟合设计方法,并扩展了倾斜摄影技术在高速公路改扩建领域的应用范围。

摘要：为实现对地面快速移动目标的探测跟踪,基于无人机侦察载荷的误差模型,设计了双无人机编队跟踪目标的构型与跟踪控制律。面向持续跟踪的典型应用场景,设计了基于Leader-Follower的双机编队构型,并基于相机误差模型建立了双无人机探测叠加区域的误差分布模型,以此确定了目标与无人机编队的位置关系。之后,基于无人机与目标的视觉关系定义长机的矢量前置角和与目标之间的距离为跟踪误差,设计了基于李雅普诺夫方法的跟踪控制律,并证明跟踪控制的渐近稳定性。设计了僚机相对于长机的编队控制律,以保持双机平行编队的构型。仿真结果表明,目标机动运动时,双无人机系统能够在较短时间内收敛,实现对目标的持续稳定跟踪。

摘要：针对无人机辅助移动边缘计算系统下用户信息容易泄露的问题,设计了一种基于非正交多址接入技术(Non-orthogo-nal Multiple Access,NOMA)的无人机辅助边缘计算系统的安全通信方案.在保证每个地面用户的最小安全计算要求下,通过联合优化信道系数、发射功率、中央处理单元计算频率、本地计算和无人机轨迹来最大化系统的平均安全计算能力.由于窃听者位置的不确定性、多变量的耦合以及问题的非凸性,利用逐次凸逼近和块坐标下降方法来解决该问题.仿真结果表明,与基准方案相比,所提方案在系统安全计算性能方面优于基准方案.

摘要：为改善水面起降性能和气动性能,基于船身式机身、多段机翼和T尾融合设计思路,提出并设计了一种新型仿生式多段机翼地效无人机方案,采用N-S方程和K-Ω-SST湍流模型,详细研究了该型无人机在不同状态下的压力云图、压力系数及升阻特性。仿真结果表明,地效作用随离水高度的增加而减小,离水高度与平均几何弦长之比(高度弦长比H/c)接近1时,地效作用较为显著,无人机在离水高度0.2 m时,升力系数、升阻比分别提升21.91%和40.37%,阻力系数降低15.22%;对提出的多段机翼布局,地效飞行主要影响下表面压力系数和压力云图,下表面压力系数展向上由内向外正压增幅逐渐减小,弦向上前后缘附近压力系数较小,结合压力云图分析,地效对升力增幅的影响主要集中在中段和内段机翼下方区域;地效飞行可明显提高升力线斜率(H/c为1时提高了8.89%),迎角增加时升力系数增幅和阻力系数降幅均逐渐变大,升阻比增幅(H/c为1)在迎角2°后均达到26%以上;通过验证机的多轮水面起降和有、无地效飞行试验,证明设计方案具有优秀的气动性能和飞行性能,可为水质检测、水面地效运输、搜救侦察等提供应用平台。

摘要：近年来,随着无人机在城市物流配送行业的广泛应用,无人机的运行安全、扰民等问题逐渐引发公众关注。整个飞行过程中,无人机起降场附近空中交通复杂,无人机飞临地面障碍物和居民楼宇,极易引发安全、噪声、隐私等诸多问题,迫切需要综合考虑各类限制,制定标准化的运行程序。聚焦各种矛盾最为突出的进场阶段,归纳现有进场方式,综合各类影响因素,提出进场航线参数化设计模型及容量评估方法,建立了无人机进场航线标准化设计基础。最后,选取深圳无人机物流真实场景进行验证。结果表明,研究成果适用于小型多旋翼城市物流无人机进场航线设计,在具备实用性的同时,可为后续航线优化研究和运行标准形成奠定基础。

摘要：为了提高无人机在城市低空空域执行巡检、配送等任务的安全性和自主性,文中设计了一种基于数字孪生技术的无人机自主飞行系统。该系统综合物理空间和虚拟空间的数据,精准控制无人机的飞行。采用实景三维建模技术创建了高度逼真的虚拟空间,并通过通用横轴墨卡托(UTM)投影方法实现了虚拟空间与物理空间的高度对应。利用多传感器融合的同步定位与建图(SLAM)技术实现无人机的精确定位,并在虚拟空间中进行全局的三维路径规划用于控制无人机的飞行。实验结果表明,虚实空间的平均映射误差为0.38 m,这表明虚拟空间数据在保障无人机安全飞行方面具有可行性。通过在实际环境中的飞行测试,进一步验证了所设计的无人机数字孪生系统的有效性,可为小型自主无人机的设计与应用提供参考。

摘要：目的设计一种救援人员可随身携带且部署灵活快捷的搜救无人机,以满足战场环境下救援人员对无人机的使用需求。方法利用三维设计软件CATIA完成无人机机体结构设计,充分利用无人机机体内部空间采用可折叠式机翼,减小无人机体积。通过ABAQUS对无人机的关键零部件进行有限元分析与整机的模态分析,验证结构可靠性,并利用机器人仿真软件Webots对无人机进行运动仿真。结果通过仿真分析与试验验证,该无人机结构设计合理,可通过手抛起飞或采用身管式武器发射2种方式进行快速有效的部署,降低了救援人员使用无人机的难度。结论便携式折叠翼搜救无人机的设计与仿真研究对物理样机的研发有着重要意义,为我军救援设备的发展提供了新思路,对无人机小型化的发展也可起到一定的推动作用。