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基于仿鹰眼视觉的无人机自主空中加油 被引量:19
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作者 段海滨 张奇夫 +1 位作者 邓亦敏 张祥银 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1450-1458,共9页
自主空中加油是提高无人机作战能力的重要技术支撑,而鹰在所有的动物中以视觉最为敏锐而著称。针对无人机自主空中加油中的精确对接需求,设计了基于仿鹰眼视觉原理的无人受油机视觉测量方法及半物理试验平台。采用鹰眼视觉注意机制提取... 自主空中加油是提高无人机作战能力的重要技术支撑,而鹰在所有的动物中以视觉最为敏锐而著称。针对无人机自主空中加油中的精确对接需求,设计了基于仿鹰眼视觉原理的无人受油机视觉测量方法及半物理试验平台。采用鹰眼视觉注意机制提取虚拟视景中的兴趣区域,剔除噪声和干扰。在对受油机上的颜色标志点进行识别的基础上采用P3P算法,对加油机和受油机之间的相对位姿进行精确估计,并设计了基于比例-积分-微分的硬式加油伸缩管控制律。基于上述技术,在实验室环境下设计开发了无人机自主空中加油半物理仿真平台。实验结果表明:所设计的仿鹰眼视觉测量方法和自主控制律能满足无人机自主空中加油的性能要求,具有较强的实时性、准确性和鲁棒性。 展开更多
关键词 无人机 自主空中加油 鹰眼视觉 位姿估计
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无人机自动空中加油精确对接控制 被引量:18
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作者 王宏伦 杜熠 盖文东 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期822-826,共5页
针对无人机自动空中加油对接段的精确控制问题,提出了无人机自动空中加油的控制方案和策略,并在分析加油机尾涡干扰和加油锥套自由摆动及其对受油机影响的基础上,设计了适用于自动空中加油精确对接控制的受油机参考轨迹发生器和轨迹跟... 针对无人机自动空中加油对接段的精确控制问题,提出了无人机自动空中加油的控制方案和策略,并在分析加油机尾涡干扰和加油锥套自由摆动及其对受油机影响的基础上,设计了适用于自动空中加油精确对接控制的受油机参考轨迹发生器和轨迹跟踪控制器.轨迹跟踪控制器采用线性二次型调节器方法,并充分考虑了加油过程中各种干扰的影响.仿真结果表明,该导引控制方法具有良好的快速性和抗干扰能力,可以满足空中加油的任务要求. 展开更多
关键词 无人机 自动空中加油 轨迹跟踪 线性二次型调节器
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自动空中加油阶段加油机尾涡流场建模与仿真 被引量:20
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作者 李大伟 王宏伦 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期776-780,797,共6页
针对自动空中加油技术对于加油机尾涡精确建模的需要,通过分析大型加油机机翼尾涡形成机理和运动规律,运用改进的马蹄涡理论方法建立了较精确的考虑尾涡衰减和扩散特性的尾涡空间流场计算模型,之后将此流场模型在受油机质心处线性化,并... 针对自动空中加油技术对于加油机尾涡精确建模的需要,通过分析大型加油机机翼尾涡形成机理和运动规律,运用改进的马蹄涡理论方法建立了较精确的考虑尾涡衰减和扩散特性的尾涡空间流场计算模型,之后将此流场模型在受油机质心处线性化,并采用平均化的方法计算得到受油机受到的平均风分量和风梯度值,在分析受油机受扰运动中利用气动等效的方法将尾涡对受油机的影响模型加入到受油机非线性全量方程中.在此基础上利用Matlab/Simulink搭建仿真平台对空中加油阶段受油机扰动运动进行了仿真验证.仿真结果表明,所建立的尾涡模型能够反映受油机受扰后的动态特性,与有人机飞行员的飞行经验相符,该模型还可用于大型飞机起飞飞行安全和近距编队飞行的扰动分析. 展开更多
关键词 自动空中加油 尾涡 仿真
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一种基于HSV色彩空间的加油锥套特征提取方法 被引量:5
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作者 王旭峰 董新民 +1 位作者 孔星炜 王龙 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2014年第6期192-194,共3页
自动空中加油过程中视觉导航图像的复杂性对加油锥套特征的检测与识别提出了很高的要求。为准确获取空中加油对接阶段加油锥套端面的中心坐标,提出一种基于图像HSV(hue,saturation,value)色彩空间信息的加油锥套特征提取方法。引入HSV... 自动空中加油过程中视觉导航图像的复杂性对加油锥套特征的检测与识别提出了很高的要求。为准确获取空中加油对接阶段加油锥套端面的中心坐标,提出一种基于图像HSV(hue,saturation,value)色彩空间信息的加油锥套特征提取方法。引入HSV色彩空间,根据颜色与形状特征选取原则选取加油锥套特征。对图像进行色彩空间转换、色相滤波、二值化以及边缘检测处理,利用最小二乘椭圆拟合的方法得到加油锥套端面的中心坐标。实验结果表明,所提出的方法能够准确提取加油锥套特征,实时解算得到加油锥套端面的中心坐标,为自动空中加油视觉导航提供了一种可靠性更高的特征提取方法。 展开更多
关键词 自动空中加油 HSV色彩空间 加油锥套 特征提取
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基于自适应动态逆的自动空中加油轨迹跟踪 被引量:8
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作者 盖文东 王宏伦 李大伟 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期585-590,共6页
针对自动空中加油(AAR,Automated Aerial Refueling)的受油机轨迹跟踪控制问题,采用导引环与姿态控制环分离的控制策略,提出了基于非线性路径跟随导引和自适应神经网络动态逆的受油机轨迹跟踪控制方法.该方法将改进的非线性导引应用于... 针对自动空中加油(AAR,Automated Aerial Refueling)的受油机轨迹跟踪控制问题,采用导引环与姿态控制环分离的控制策略,提出了基于非线性路径跟随导引和自适应神经网络动态逆的受油机轨迹跟踪控制方法.该方法将改进的非线性导引应用于受油机横、纵向导引控制,使用自适应神经网络在姿态角速率回路补偿外界干扰和系统模型误差,并利用比例-积分型姿态角速率误差动态方程设计自适应神经网络权值更新律.仿真结果表明:在受油机接近加油机过程中,该方法有效提高了受油机轨迹跟踪控制系统的抗干扰能力和对模型不确定性的自适应能力,能够满足自动空中加油的控制要求. 展开更多
关键词 自动空中加油 非线性导引 轨迹跟踪 自适应神经网络
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基于计算机视觉的UAV自主空中加油半物理仿真 被引量:5
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作者 段海滨 张奇夫 +1 位作者 范彦铭 李昊 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期1491-1496,共6页
设计并实现了一种基于计算机视觉的无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)自主空中加油仿真平台,采用点匹配与位姿估计算法对软管式加油锥发光二极管(LED,Light Emitting Diodes)标志进行识别.对大气扰动和尾涡流进行了建模,建立了加油... 设计并实现了一种基于计算机视觉的无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)自主空中加油仿真平台,采用点匹配与位姿估计算法对软管式加油锥发光二极管(LED,Light Emitting Diodes)标志进行识别.对大气扰动和尾涡流进行了建模,建立了加油锥模型,并设计了加油锥运动状态预估算法.在此基础上,设计了基于线性二次型调节器(LQR,Linear Quadratic Regulator)的飞行控制律.基于上述技术,在实验室环境下设计开发了基于单目机载摄像机的无人机自主空中加油半物理仿真平台.半物理试验结果表明:所设计的位姿匹配算法和飞行控制律能够满足复杂环境下无人机自主空中加油的性能要求,具有较强的实时性、准确性和鲁棒性. 展开更多
关键词 无人机 自主空中加油 计算机视觉 线性二次型调节器 尾涡流
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基于L_1自适应的自动空中加油对接段飞行控制技术 被引量:5
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作者 李大伟 王宏伦 盖文东 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期717-724,共8页
在自动空中加油(AAR,automated aerialre fueling)对接过程中,加油机后方拖出的加油软管锥套受到加油机和受油机的双重气动干扰,呈现不规则摆动运动,受油机要实现与加油锥套的精确对接,要求其飞行控制系统具有鲁棒性和快速的自适应能力... 在自动空中加油(AAR,automated aerialre fueling)对接过程中,加油机后方拖出的加油软管锥套受到加油机和受油机的双重气动干扰,呈现不规则摆动运动,受油机要实现与加油锥套的精确对接,要求其飞行控制系统具有鲁棒性和快速的自适应能力,为此提出采用自适应控制器方案,该方案以线性二次调节器(linear quadraticregulator,LQR)比例积分型控制器作为稳定闭环,在此基础上加入自适应控制器,仿真结果表明,采用自适应控制器的受油机自动空中加油飞行控制系统可以实现规定时间内的精确加油对接,既满足瞬态性能要求,又满足稳态精度要求,同时,还解决了由自适应参数跳动带来的舵机操纵过于频繁的问题.该方法可有效提高对接过程中受油机飞行控制系统的抗干扰能力,能够满足自动空中加油对接段的飞行控制要求. 展开更多
关键词 自动空中加油 飞行控制 轨迹跟踪 自适应控制
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无人机自动空中加油飞行控制技术 被引量:17
8
作者 李大伟 王宏伦 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第A01期126-130,共5页
无人机在现代战争中扮演重要角色,广泛用于侦察、监视战区环境等任务,留空时间需求日益增长,为了增加航时而不返回基地加油,亟需开展无人机自动空中加油技术的研究,根据空中加油的特点,深入研究了空中加油自动飞行控制系统方案,提出了... 无人机在现代战争中扮演重要角色,广泛用于侦察、监视战区环境等任务,留空时间需求日益增长,为了增加航时而不返回基地加油,亟需开展无人机自动空中加油技术的研究,根据空中加油的特点,深入研究了空中加油自动飞行控制系统方案,提出了受油机分阶段姿态和位置控制策略,设计了满足自动空中加油控制要求、面向工程的多模态、高精度、高抗扰飞行控制律,并用粒子群算法进行了参数优化。此外利用Matlab/Simulink搭建仿真平台对空中加油阶段受油机扰动运动进行了仿真验证。仿真结果表明,该多模态控制律可以满足自动空中加油的任务要求,控制精度较高,受油机的抗干扰能力较强。 展开更多
关键词 无人机 自动空中加油 飞行控制 粒子群算法
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自主空中加油输油阶段无人机建模与控制 被引量:2
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作者 王宏伦 樊国玮 +1 位作者 盖文东 梁宵 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期952-957,共6页
针对自主空中加油输油阶段无人机位置保持控制问题,将无人机分为飞机本体和油箱两部分,利用变质量系统理论建立了无人机非线性方程,解决了常规模型无法反映出无人机重量、重心变化的问题。控制律设计方面,通过将变化的油箱转化为外界干... 针对自主空中加油输油阶段无人机位置保持控制问题,将无人机分为飞机本体和油箱两部分,利用变质量系统理论建立了无人机非线性方程,解决了常规模型无法反映出无人机重量、重心变化的问题。控制律设计方面,通过将变化的油箱转化为外界干扰,提出了基于干扰观测器控制(disturbance observer based control,DOBC)的复合控制结构。复合控制器由位置保持控制器和干扰观测器组成,位置保持控制器采用带积分的线性二次型方法,干扰观测器由比例积分观测器和补偿单元构成,并证明了复合控制器的稳定性。仿真结果表明,将该控制器应用于某型高空无人机非线性模型,可有效减小输油过程带来的影响,实现了输油阶段的位置保持控制。 展开更多
关键词 飞行器控制 自主空中加油 基于干扰观测器控制 变质量系统
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无人机自主空中加油会合编队控制方法 被引量:2
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作者 蔡云鹏 任斌 +2 位作者 王大勇 王延祥 王宏伦 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第11期19-25,共7页
针对无人机自主空中加油过程中加油机、受油机会合编队问题,基于Lyapunov导航向量场(LGVF)和一致性理论设计了一种编队控制方法。首先,建立了无人机编队模型,包括通信拓扑模型和编队几何模型,并在此基础上定义了多无人机系统的协同变量... 针对无人机自主空中加油过程中加油机、受油机会合编队问题,基于Lyapunov导航向量场(LGVF)和一致性理论设计了一种编队控制方法。首先,建立了无人机编队模型,包括通信拓扑模型和编队几何模型,并在此基础上定义了多无人机系统的协同变量;接着,设计了期望的加油轨迹,并基于Lyapunov导航向量场方法设计了加油机(编队参考点)的飞行控制律;然后,根据加油机的位置、速度信息,基于一致性理论设计了加、受油机会合编队控制方法,并分析了该方法的稳定性;最后,进行了数字仿真,表明了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 自主空中加油 无人机编队 Lyapunov导航向量场 一致性理论
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采用单目视觉的无人机自动空中加油仿真 被引量:1
11
作者 王龙 董新民 贾海燕 《电光与控制》 北大核心 2012年第2期73-77,共5页
自动空中加油是未来无人机(UAV)需具备的重要能力之一。建立了包括UAV和加油机模型、视觉传感器、气动影响及视景的飞行硬管式无人机自动空中加油仿真系统;研究了单目视觉特征点识别与位姿估计算法,考虑大气扰动及加油机尾流的影响;设... 自动空中加油是未来无人机(UAV)需具备的重要能力之一。建立了包括UAV和加油机模型、视觉传感器、气动影响及视景的飞行硬管式无人机自动空中加油仿真系统;研究了单目视觉特征点识别与位姿估计算法,考虑大气扰动及加油机尾流的影响;设计了通过轨迹跟踪实现UAV与加油管会合对接的控制策略,并对加油末段的对接机动进行了仿真。结果表明,单目视觉可实现精确的相对位置测量,轨迹跟踪控制器超调量小,保证了自动空中加油的平稳对接。 展开更多
关键词 无人机 自动空中加油 机器视觉 位姿估计 参考轨迹 跟踪控制
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软式自主空中加油控制策略仿真 被引量:4
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作者 华艺欣 邹泉 田海铭 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期262-270,共9页
软式自主空中加油(AAR)技术因其对加油设备的改装需求少且可应用于多种加油场景而受到广泛研究,但对于从起飞到加油结束脱离这一整套飞行控制流程的研究较少。针对软式AAR技术中的会合、编队、对接、加油、脱离5个阶段的控制策略进行研... 软式自主空中加油(AAR)技术因其对加油设备的改装需求少且可应用于多种加油场景而受到广泛研究,但对于从起飞到加油结束脱离这一整套飞行控制流程的研究较少。针对软式AAR技术中的会合、编队、对接、加油、脱离5个阶段的控制策略进行研究。首先,分别设计了所对应的飞行指令回路控制律及导引律,通过对国内外空中加油试飞经验和试飞流程的研究,建立了"有人-无人"、"无人-无人"2种不同模式下软式AAR各阶段的控制机制,并分析了2个控制策略的差别。其次,以K8飞机和某飞机为加受油平台,建立完善的多模态控制策略,采用传统的PID控制方法,并通过极点配置法得到各模态的反馈增益和前向增益,使加受油机在多模态综合控制下达到期望的速度、角度等。同时,基于试飞经验数据设计软式AAR各阶段的全过程控制律。最后,对所设计控制律进行仿真验证,结果表明:所设计的控制策略合理可行,控制方法具有较强的抗干扰能力和较高的跟踪精度。 展开更多
关键词 自主空中加油(aar) 试飞经验 加油策略 PID控制 多模态控制
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自主空中加油能力需求及关键评价指标分析 被引量:2
13
作者 邹泉 华艺欣 +1 位作者 邵翥 赵文碧 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2385-2396,共12页
从飞行试验角度而言,如何评价自主空中加受油能力,以及采用哪些关键指标进行评价是自主空中加受油试飞亟待解决的关键问题。从国内外空中加油相关标准要求出发,同时借鉴有人机空中加油的成功经验,分析了自主空中加油总体能力需求,提出... 从飞行试验角度而言,如何评价自主空中加受油能力,以及采用哪些关键指标进行评价是自主空中加受油试飞亟待解决的关键问题。从国内外空中加油相关标准要求出发,同时借鉴有人机空中加油的成功经验,分析了自主空中加油总体能力需求,提出了会合、编队、对接、加油及脱离等全过程关键评价指标,在数值仿真和硬件在回路两种环境下对评估方法进行了试验验证,结合试验结果,对影响自主空中加油对接成功的关键因素进行了分析并提出了评价指标建议,试验结果可为自主空中加受油流程设计、试飞验证等方面提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 自主空中加油 能力需求 对接阶段 评价指标 硬件在回路
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