基于VxWorks的小型无人机飞行控制软件设计

针对小型无人机功能日益复杂,迫切需要提高实时性与可靠性等现状,开发了一套基于VxWorks实时操作系统的小型无人机飞行控制软件,实现了无人机自主起飞、空中巡航和自主着陆等飞行控制功能;在完成软件需求分析的基础上,设计了飞行控制软件的总体结构,并结合VxWorks操作系统的运行机制给出飞行控制软件模块化设计方案,着重介绍了多任务环境下任务划分及优先级分配策略;半物理飞行仿真试验表明:该飞行控制软件能够实现自主、指令、人工3种飞行模式下的飞行控制功能,具有良好的实时性和可靠性,满足飞行控制软件最初的设计需求,同时大大降低了开发难度,提高了软件的可维护性和可移植性。     

基于MARG的无人机抗干扰系统的研究

由IMU或电子罗盘组成的无人机航姿测量系统易受载体有害加速度或周围局部磁场干扰导致姿态角解算不准确。针对该问题提出将自适应扩展卡尔曼滤波算法应用于该系统。在卡尔曼滤波算法中提出引入分段函数构造自适应测量噪声方差阵。相比于传统噪声方差阵的阈值判断方法,该方法提高了传感器信息的利用率,进一步减小了外界干扰对系统姿态估计的影响,最终提高了姿态角的解算精度。最后针对该方法进行了仿真分析和无磁转台实验验证,仿真和实验结果表明,该方法能有效提高无人机航姿测量系统的抗干扰能力,具有一定的应用价值。     

基于MDARM和VxWorks的小型无人机执行器故障检测方法

由于目前在小型无人机执行器故障诊断中存在着智能化程度较低,容易受到人为因素干扰,从而出现故障漏检等问题,难以满足小型无人机对飞行安全的要求。为此,本文提出一种基于多维数据关联规则挖掘(Multidimensional Data Association Rules Mining: MDARM)和VxWorks操作系统的小型无人机执行器故障诊断方法,通过建立执行器内部传感器测量的温度、压力、流速、力矩等相关变量的历史数据库,并对这些数据进行预处理,以避免带来噪声污染,并利用可测量参数与不可测量参数之间的关联性,建立故障诊断知识库,避免了诊断过程中的人为因素干扰,实现小型无人机执行器故障的精准测量。实验结果证明,这种方法能够有效地提高故障准确率64.7%,对小型无人机执行器的智能诊提供有效指导,应用前景广阔。     

基于VxWorks的某装备自动测试系统设计与实现

针对某装备的实时性测试需求、测试系统通用性和可扩展的需求,设计并研制了一套基于VxWorks操作系统的自动测试系统。该自动测试系统以工控机作为人机交互操作的核心;PXI机箱内置PXI仪器板卡和零槽控制器用于实现测试过程中激励信号的施加和被测对象响应信号的测量;系统软件采用虚拟仪器技术进行开发,虚拟仪器软件可进行二次开发和参数配置,使系统具有通用性和可扩展性。系统采用通用标准化信号接口连接器,保证了系统的扩展能力。     

基于VxWorks的水下机器人通信系统设计

针对水下机器人（ROV）在深海高噪声干扰环境中工作的特点,设计了一套基于VxWorks实时操作系统的ROV整体通信系统,实现了水下核心控制器对水下分系统快速高效的信息采集和数据分配,水下系统和水面控制器稳定实时的数据交换;硬件方面设计了以CAN总线为基础的水下通信系统,通过FPGA实现了CAN总线和PC104总线之间的时序逻辑转换,软件方面设计了基于TCP/IP协议栈的水面操控台和ROV之间的网络通信方式和水下各系统之间的CAN总线通信方式,着重介绍了基于缓冲队列的网络通信编程;通信系统数据测试实验表明：CAN总线通信和网络通信均具有良好的实时性和可靠性,满足最初的设计需求,而且采用模块化设计,便于维护和移植。     

抗干扰试验中战场目标光谱特性研究

给出几种战场目标的光谱辐射特性曲线测试数据表,对某型导弹抗干扰特性进行分析。     

基于EPL的分布式时钟同步方法

工业以太网协议Ethernet POWERLINK(EPL)分布式站点的时钟同步方法并不能在实时运行过程中保持很高的同步精度,无法满足特定环境下的控制要求。研究了工业以太网协议EPL的两种时钟同步机制,通过数理计算分析了时钟同步误差产生的原因,针对误差较大的缺点,提出了减小误差的方法。通过迭代计算消除了主从站同步报文往返的路径延迟,并设计基于现场可编程门阵列(FPGA)的集线器(Hub)用于EPL菊花链网络拓扑结构,有效地克服了时钟同步报文往返传输延时不一致的缺点,测试结果表明新方法明显优于协议自身的时钟同步方法,对于实现基于EPL的高精度分布式时钟同步网络具有重要意义。     

基于VxWorks新型映像的三模冗余启动机制研究

针对VxWorks启动映像依赖于ROM地址,不能适应航天型号中三模存储要求的缺点,利用VxWorks自带的压缩算法,按照航天型号软件任务要求设计了一种基于VxWorks内存型映像的新型压缩映像,实现了软件映像与ROM区地址无关。并且实现了新型压缩映像的三模冗余引导启动,启动时每一个bit数据都从三份映像获取,并进行三取二判断,将最后结果拷贝到内存作为目的映像的bit数据,目的映像启动后能够回写正确数据自动纠正空间环境下可能发生的单粒子翻转错误,为软件的可靠启动建立了基础。     

基于无人机多光谱图像的土壤水分检测方法研究

以表层土壤为对象,探究土壤的多光谱反射率与土壤水分含量相关性,进行基于无人机多光谱图像的土壤水分含量预测模型方法的探究。选取中国农业大学通州实验站为研究区域,实地采集试验田的土壤样本100组,按照一定梯度配制土壤含水量,配成的土壤含水率为10%~50%之间,土壤含量的真实值采用土壤烘干法进行测定。多光谱相机灵巧便捷,可搭载在无人机上对土壤进行监测。将RedEdged-M型多光谱相机搭载在Phantom 3型无人机上,选择阳光充足的采集环境,实时采集土壤样本的多光谱图像,建立土壤多光谱信息与水分含量之间的模型。利用处理光谱数据的ENVI5.3软件提取土壤样本多光谱信息,以多光谱相机自带的标准白板反射率为100%,计算出土壤样本在蓝、绿、红、红边、近红外五个波段的光谱反射率。采用BP神经网络算法、支持向量机算法、偏最小二乘算法分别建立基于无人机多光谱图像的土壤水分含量的预测模型。以80组土壤样本数据作为训练集,建立基于多光谱图像的土壤水分含量预测模型。采用莱文贝格-马夸特算法对BPNN进行改进,提高了其训练速度,当网络结构为5-10-1时,训练效果最好,本文选择该网络结构;SVM采取高斯核函数,当参数为0.56时,模型效果最好。本研究采用归一化均方根误差(NRMSE)和决策系数(R 2)对三种土壤水分含量的预测模型进行定量对比。以20组土壤样本数据作为测试集,结果可知,基于BP神经网络土壤水分含量预测模型的NRMSE为0.268,R 2为0.872;基于支持向量机的土壤水分含量预测模型的NRMSE为0.298,R 2为0.821;基于偏最小二乘土壤水分含量预测模型的NRMSE为0.316,R 2为0.789。对三种模型分析可知,基于BPNN的土壤水分含量预测模型效果均较好。结果可知,土壤的光谱反射率与含水率间存在较密切的相关性,将多光谱相机搭载在无人机上可以对土壤水分含量进行有效的实时监测,对监测土壤墒情提供技术支持和理论支撑。     

基于VxWorks的PCI设备驱动程序设计

阵列天线控制系统采用实时操作系统VxWorks,为了实现控制系统计算机与单元天线的通信,在控制系统计算机中采用PCI设备与单元天线通信,并且基于VxWorks实时操作系统开发了PCI设备的驱动程序。主要完成了板级支持包的修改、PCI设备的初始化,以及功能函数的设计。经试验验证,该驱动程序工作稳定可靠,可以应用于控制系统中。     

基于时钟树机制的太赫兹人体安检采集系统研究

针对太赫兹人体安检仪对数据采集的精确性、实时性和同步性的要求,分析了采集系统的幅度非均匀误差、时钟抖动和采样触发抖动问题,提出了主动式太赫兹人体安检仪的采集系统结构.在确定采集系统时钟抖动允许范围下,设计了一种高精度可编程延时的时钟树网络结构,实现了七路同源、低抖动和相位一致的采样时钟、采样触发信号和同步时钟的输出.最...     

基于激光测距的无人机地形匹配飞行方法研究

为了解决现有民用无人机在山区等复杂地形下难以实现地形匹配飞行的问题,分析了地形匹配飞行的技术难点,提出了一种基于激光测距的无人机地形匹配飞行方法;先运用基于最小二乘法的拟合模型提高激光测距模块的精度,再利用激光测距模块分别实时测得无人机与地面的相对高度和地形的起伏角度,结合DMC-PID串级控制算法,使得无人机可以自主实现地形匹配飞行;该方法无需昂贵的地形检测传感器和复杂的软件算法,具有设备重量轻,应用难度低等特点;通过实地飞行测试,验证了该方法的有效性和可行性。      

基于STM32F407的时钟同步系统的实现

随着电力系统复杂程度的提高,智能化变电站对系统内各节点时钟同步精度的要求越来越高;IEEE1588 精确时钟同步协议的应用使得系统内时钟同步精度达到纳秒级别;文章对IEEE1588时钟同步的原理进行了分析,设计了基于STM32F407处理器的时钟同步系统;介绍了本地时钟向量调节与频率调节两种时钟调节方式;最后测试主从时钟同步精度,结果表明同步精度在200 ns以内,满足智能变电站对系统内时钟同步精度的要求。     

船舶电力系统时钟同步及改进技术研究

为了提高船舶电力系统时钟同步精度,减少由于测试时间基准不同带来的误差,提出了一种新的船舶综合平台时钟同步方案;利用PTP同步报文中时间戳的精确值于每周期利用偏差对从时钟进行修正的同时,将多周期的时钟漂移进行综合,改进同步精度;利用Matlab进行时钟误差建模,进行算法改进及硬件验证;仿真和测试结果表明,该算法能够在IEEE1588同步方案的基础上将同步精度进一步提升至60 ns左右,在不改变以太网同步策略的基础上进一步改进同步精度,具有重大的研究价值和工程实践意义。     

无人机数据链信道编码方法研究

信道编码是提高通信可靠性的重要途径,针对无人机数据链传输遥控/遥测指令时的高可靠性要求,研究了无人机数据链不同码率的卷积码、Turbo码和LDPC码三种信道编码方法,结合无人机信道的特点,仿真验证了无人机数据链的三种信道编码与解码方案;三种编码方式都带来了较大增益,其中LDPC码的性能略优于Turbo码,卷积码性能相比最差,但三种编码方式都可以使数据链的误码率达到了10-5以下,满足了无人机数据链高可靠性要求。     

基于改进YOLOv5的无人机检测方法

针对小尺寸无人机目标检测精度低,且深层网络的参数量大、内存占用高等问题,提出一种基于改进YOLOv5的无人机检测方法。首先,调整了YOLOv5多尺度预测层的个数,裁剪掉冗余网络层,有效减少网络参数量,提高无人机检测速度;其次,通过在特征提取阶段引入多个不同采样率的空洞卷积,增强小目标的多尺度细节特征提取能力;最后,在多尺度特征融合阶段引入注意力机制,将深层特征进行通道加权后再与浅层特征进行高效融合,增强小目标特征表达能力。实验表明,改进的YOLOv5模型在自制数据集上mAP达到了99.02%,对于小尺寸的无人机目标,具有更好的检测效果。相较于改进前网络,检测速度提高了10.3%,内存开销节约了65%,降低了对设备计算和存储能力的要求,更加有利于无人机检测系统的工程部署和实际应用。     

基于图像衍生的红外无人机图像仿真方法研究

对无人机群的红外视频进行监视是安防和军事领域的新热点。由于复杂背景下无人机图像获取难度大,图像数量难以满足相关算法的模型训练和验证等需求,因此提出一种基于图像衍生的红外无人机图像仿真方法。采用该方法对红外无人机模板图像与红外背景图像进行混合,从而生成大量不同背景下的无人机目标图像。针对图像混合技术受背景噪声影响严重、无人机目标边缘模糊和合成图像调和度低等问题,采用一种无监督的生成式对抗网络来生成调和度较高的灰度约束图像,将其与目标梯度图像作为联合约束来求解高斯-泊松方程,得到与真实图像特征一致性较高的混合图像。实验结果表明,所提方法生成的混合图像具有较高的图像调和度和视觉真实性,说明所得图像作为扩充样本可有效提高机器学习算法的性能。     

基于无人机红外光谱技术的影像数据匹配方法研究

无人机加载红外光谱载荷对区域内影像进行获取现已成为遥感领域一种重要的技术手段,可通过对携带位置信息的影像进行分类提取,得到植被盖度、温度指数等一系列因子指标。利用FREE BIRD(自由鸟)小型低空无人机系统挂载Tetracam红外相机(310万像素)对新疆玛纳斯县一河道进行影像获取。无人机飞行面积约为20.5 km2,为了得到更加精确的植被、温度等因子,需要对无人机红外影像进行配准,通过优化SIFT匹配参数和RANSAC粗差剔除后,获取了可靠的匹配结果,即经过算法匹配后的影像与原影像进行了误差比对,能够满足后期的应用需要, 这也是本文的创新点之一。将影像进行配准后进行二维影像拼接,将多张红外影像按照航向重叠度不低于60%,旁向重叠度不低于50%的概率进行拼接,得到拼接后的红外影像图。另外比较了SIFT和SUFT两种算法,利用优化的SIFT算法及改进的FLIR传感器获取1 600张热红外影像,利用地面同步测量数据对拼接后的红外影像进行算法匹配,并利用ENVI(完整的遥感图像处理平台)软件进行温度及植被盖度的影像反演,得到了研究区域的单一影像及红外影像的温度反演图及植被反演图。通过对两种算法的对比得到更加优化的算法模型,并对该模型进行回归分析和精度检验,得到该模型的相关系数R2为0.767,匹配精度为81.51%,模型精度较高。本模型的建立对日后无人机红外影像的配准及提取反演奠定了理论和实践基础。     

无人机视角下的林木爆燃火特性研究

森林火灾“爆燃”现象的特征是突然发生的高强度、高蔓延速度的燃烧。目前为止,关于“爆燃火”的原因还没有达成共识。以无人机视角下对林木爆燃火特性研究,以四川木里特大森林火灾为研究对象,通过分析凉山州某森林扑火部队3月31日木里森林火灾当天KWT（科卫泰）无人机航拍火场画面,结合无人机实时影像及实地调研数据,分析了峡谷地形林火蔓延时空特征,探讨了峡谷中风向风速变化时空分布规律,研究了地形变化条件下,不同海拔高度风速特征,建立了无人机倾角测量风速模型（其中为风速m·s-1,为无人机倾角°）。结果表明,高山峻岭特殊地形环境下每天4:00—12:00时间段为静风期,为峡谷林火扑救最佳时期;午后15:00—17:00和晚上20:00—22:00为山谷地形风速活跃期;仿真软件数据显示山顶、谷底与山腰不同海拔位置的风速风向不统一,谷底会产生乱流现象,且风速与海拔不存在正相关关系,小气候在复杂地形中占主导影响地位;在谷口至山谷深处的中间位置会出现气流速度的波峰状态,并易形成乱流,为爆燃火发生提供了客观必要条件。该研究可为复杂地形环境下,森林草原火灾扑救安全提供数据和技术支撑。     

基于LabVIEW Vision的无人机自主着降系统设计与实现

四旋翼无人机具有低成本、垂直起降、机动性好等优点,在民用领域诸如航拍、植保、物流、电力巡线等场合得到了广泛的关注和应用。随着四旋翼无人机应用的普及,一些新的问题也随之出现,其中一个厄待解决的问题是如何提高无人机的降落精度和可靠性,特别在超视距应用场景下,这一需求尤为突出。通过采用机器视觉技术,利用LabVIEW Vision编制视觉识别软件,可以控制四旋翼无人机实现高精度的自主降落。