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无人系统技术
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无人系统技术/Journal Unmanned Systems Technology
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    协同作战无人机关键能力特征与技术分析

    詹韧贾高伟郭正王玲...
    1-12页
    查看更多>>摘要：协同作战无人机凭借其多功能性和高度自主化,正成为空中作战体系升级的关键节点,其技术发展亦成为空中作战体系转型的关键.首先,总结对比了多国典型无人协同作战飞机项目;其次,明确了未来协同作战无人机的关键能力特征,并提出了正向雷达散射截面0.001～0.005 m2、侧后向雷达散射截面0.05～0.1 m2、最大过载11～15 g、自主化程度大于5级等技术指标;然后,对应提出了实现上述能力所需的关键技术.结论表明,依赖于高效隐身与机动融合、智能态势感知、抗干扰通信网络等技术的发展,协同作战无人机将呈现隐身性强、机动性高、自主化与协同能力突出的特征.随着关键技术的不断突破,协同作战无人机将逐步实现形态收敛和能力升级,成为战场不可或缺的角色.

    体系协同低成本组网通信自主决策全向隐身抗毁网络轻量智能集成兼容

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    时空散布下无人机集群空中加油集结路径规划

    李晨玉邢卓琳苏子康荆献勇...
    13-23页
    查看更多>>摘要：随着无人机集群作战成为现代军事行动的关键,实现多无人机协同空中加油已成为亟待解决的问题.针对时空散布环境下的空中加油集结,提出了一种融合一致性控制与改进扰动流体算法的多集群加、受油机集结路径规划方法.首先,基于多无人机集群的动态约束和空中加油需求,构建了路径规划数学模型.其次,提出了一种融合一致性控制与改进扰动流体算法的加、受油机航路规划方法,以解决多机空中加油集结过程中的碰撞规避与编队飞行问题.然后,采用速度-时间调整策略,确保无人机集群能够在加油区域实现同步集结.最后,通过仿真验证,所提算法成功实现了4个机场起飞的1个加油机集群和1个受油机集群的空中加油集结任务,有效验证了算法的安全性和高效性,为无人机集群空中加油航路规划提供了新的解决方案,也为未来大规模集群协同作战中的集结路径规划提供了有益参考.

    集群加油空中加油路径规划多无人机改进扰动流体算法障碍规避协同策略

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    山地环境下无人机自主最优轨迹规划方法

    张笑妍钱程梁小溪程昊宇...
    24-32页
    查看更多>>摘要：在无人机技术日益成熟的今天,复杂山地环境下的无人机轨迹规划成为了一个关键且极具挑战性的研究.针对复杂山地环境下无人机轨迹规划算法面临的实时性要求高、生成轨迹隐蔽性要求强等难题,提出了一种自适应麻雀搜索算法来应对复杂轨迹规划问题,得到最优轨迹.首先以最短路径为目标,考虑地形、机动等约束条件,设计贴合实际场景及工程应用需求的最优目标函数,引导算法求取最优解;随后改进传统麻雀算法的初始化过程,在算法初期解决了种群多样性低的问题,并提出自适应记忆种群迭代策略来保持种群多样性和收敛速度之间的平衡,在加快收敛速度的同时保证生成轨迹的全局最优性.最后,通过数值对比仿真及模拟山地环境轨迹规划仿真,验证了所提算法的优越性.验证表明,所提算法不仅提升了轨迹规划的实时性,还通过算法优化确保了轨迹的全局最优性和隐蔽性,为无人机轨迹规划提供了技术支持.

    轨迹规划自适应迭代全局最优麻雀搜索算法无人机山地环境记忆种群

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    一种基于规则的无人机防撞策略

    肖支才狄凌松李尚璁祁亚辉...
    33-46页
    查看更多>>摘要：随着无人机技术的广泛应用,空中交通管理的复杂性日益增加,尤其是在防撞领域.传统无人机防撞方法主要依赖信息共享或单机环境感知,这些方法在实际应用中存在局限性.针对上述问题,首先指出现有技术的不足;然后提出一种创新的防撞策略,该策略借鉴道路交通规则,通过为无人机配备专用通信硬件、详细避障规则和高效算法,优化了信息共享与干扰之间的平衡,显著降低了算法的计算复杂性,使其适合于大规模无人机部署;最后通过软件在环仿真,在航线交叉、重合及障碍物存在或缺失的场景中验证了无人机的避撞能力,同时满足了无人机的速度约束.实验结果表明所提策略适用且有效,将为无人机在更广泛领域的应用提供新的思路.

    无人机规则防撞避障速度约束路径跟随软件在环仿真

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    有限视场角下基于改进比例导引和深度学习的多约束制导律

    程妍菲刘泽石杜江鹏程昊宇...
    47-53页
    查看更多>>摘要：针对考虑气动力模型的导弹精确打击问题,开展了基于改进比例导引和深度学习的制导律研究.首先生成随机训练数据,随后在训练数据基础上基于残差神经网络生成映射网络来对剩余飞行时间误差进行预测,最后将得到的预测结果引入改进比例导引制导律,使得在视场角约束下攻击角度误差和飞行时间误差均能实现有效收敛.仿真结果表明,该方法能够满足制导要求,证明了该方法的有效性.与传统方法相比,提出的基于改进比例导引和深度学习的制导方法在攻击角度误差和飞行时间误差方面表现更优.

    制导律飞行时间控制剩余飞行时间预测攻击角度控制视场角约束残差神经网络

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    基于跨模态渐进式融合的无人机目标检测方法

    高棋张骢史瑞张成...
    54-64页
    查看更多>>摘要：近年来,无人机在军民两用的工作中面临着日益增长的技术需求,这给地面目标检测的精度带来了重大挑战.针对复杂背景下无人机目标检测算法精度低的问题,提出了一种改进YOLOv8的双光图像融合网络.首先,该网络采用特征级融合策略,充分利用可见光和红外数据,显著提升了在复杂场景下的目标检测性能.其次,为了减少多模态融合可能引入的冗余信息,设计了轻量化特征提取分支.最后,提出了渐进式跨模态融合模块,增强了多模态信息的特征交互,有效解决了不同模态融合时的信息差带来的检测性能受限问题.实验结果表明,与原始算法相比,所提方法拥有更高的精确率和召回率,同时在行人检测数据集LLVIP上AP50和mAP0.5-0.95 分别达到了91.2%、55.5%,FPS值达到了95.综上,与现有算法相比,所提方法在性能上表现更优,未来将继续探索其在不同环境中的应用潜力.

    无人机目标检测YOLOv8多模态融合渐进式融合轻量化模态差异

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    基于乐观优化的平流层浮空器驻留控制方法

    范袁侨邓小龙杨希祥龙远...
    65-77页
    查看更多>>摘要：平流层浮空器可在20 km左右高空持久驻留,具有效费比高、驻空时间长、部署时间快等优点,是空天地一体化信息网络的重要组成部分.针对平流层浮空器在动态风场中的驻留控制问题开展研究.首先使用基于UNet的神经网络对平流层风场进行预测;其次提出了一种基于同时乐观优化的滚动时域优化控制器,该控制器适用于离散动作空间的规划问题,并针对禁飞区域和安全等约束进行改进;然后设计了一个奖励函数来权衡功耗和覆盖性能;最后完成了对2个位置和10个时间的仿真试验分析.结果表明,该算法可充分利用风场和气球动力学模型的信息,控制能力分别在90%和40%的情况下显著优于传统的贪心算法和A*算法,且能够较好地平衡能源管理和驻留性能,所提方法为其它平台的离散动作空间的最优控制问题求解提供参考.

    平流层浮空器驻留控制乐观优化滚动时域优化导航风速预测深度学习

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    采用改进NMPC方法的气浮卫星模拟器控制研究

    徐翎峰陈丹鹤王创歌廖文和...
    78-90页
    查看更多>>摘要：随着航天技术的发展,微纳卫星在交会对接、绕飞等任务中的应用越来越广泛.然而,微纳卫星在执行上述任务时,对控制精度有较高需求,同时星载平台功耗低、算力有限,难以部署优化控制方法.针对这一问题,开展了微纳卫星近距离抵近绕飞对接的地面仿真控制研究.首先,设计了一套地面气浮台仿真系统,包含配备八个微推力器的气浮卫星模拟器,能够实现实时姿轨协同控制.其次,针对直线抵近、凝视绕飞和交会对接等机动任务,采用基于约束感知粒子滤波的改进模型预测控制器建立优化问题,设计了推力饱和等多种性能约束以及姿态指向等任务约束.随后,通过蒙特卡罗采样方法对非线性优化问题进行求解,避免了传统非线性模式预测控制易于局部收敛的问题.最后,通过仿真与实物验证,对所设计的控制算法进行了性能测试.实验结果表明,所设计的优化控制算法对计算资源的消耗较低,可在低功耗星载计算机上以2 Hz实时输出控制指令,该方法可以实现对目标的精确抵近、绕飞及高精度对接,其中位置控制误差为 0.0078 m,姿态控制误差为 0.62°,与传统控制算法相比精度得到了明显提升.该研究为星载平台部署优化控制算法提供了一种有效解决方案,具有较高的工程应用价值.

    微纳卫星气浮模拟器近距离交会对接约束感知粒子滤波非线性模型预测控制姿轨控制多约束

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    美空军"合作式作战飞机"装备发展与运用分析

    杨佳会张洋
    91-98页
    查看更多>>摘要："合作式作战飞机"是美空军当前重点发展的无人机系列,将与有人平台协同作战,可变革未来空中作战样式和装备发展模式.首先分别从装备定位、采办策略、发展模式、训练保障、关键技术五个维度总结"合作式作战飞机"装备发展整体情况及最新进展;随后对现阶段美通用原子公司XQ-67A和安杜里尔公司"狂怒"无人机2型竞标方案进行对比分析;最后从不同任务类型入手,总结"合作式作战飞机"未来运用方式.研究认为,"合作式作战飞机"在装备定位上立足增强有人平台效能,采办策略上平台与系统双线推进,发展模式上采用"增量式",训练保障上拟用"可飞行贮存"模式,关键技术上突出统一架构和智能赋能等;装备运用样式涵盖多机协同侦察监视、对面火力打击、电磁频谱作战等.美空军"合作式作战飞机"强调"低成本、快研发、全系列"发展,将助力美空战体系加速迈向规模化、智能化、协同化,塑造"质量与数量"双重优势.

    合作式作战飞机无人僚机有人/无人协同人工智能XQ-67无人机"狂怒"无人机

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    具身智能及其在自主无人系统的应用研究

    杨玉琪王梦云刘运卓王菖...
    99-110页
    查看更多>>摘要：具身智能是人工智能发展的新范式.随着大模型和强化学习的发展,具身智能正在从理论走向现实.作为人工智能的天然载体,无人系统也取得了长足进步,但目前的无人系统仍然不具备动态复杂环境中的全自主行为能力,通过引入具身智能的概念,将形成新一代的自主无人系统.首先介绍了具身智能和自主无人系统的基本概念,指出自主无人系统需要在与环境的交互中自主学习,实现自主感知、决策和行动;其次总结了自主无人系统实现具身智能的两种途径,主要包括大模型和强化学习技术,分析了在具身感知认知、具身规划决策、具身行动控制三个方面的应用;最后展望了具身智能下一步研究需要重点关注的问题,包括轻量化、群体协同、全自主、人机共融等,以期实现基于具身智能的全自主无人系统.

    具身智能大模型强化学习大语言模型视觉大模型视觉语言模型自主无人系统

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