无人机空中加油对接引导技术

发布时间：2020-11-10 08:56

　　 无人机已广泛应用于现代战争中,承担着信息获取,军事侦查和打击等各种重要任务。无人机自主空中加油技术增加了无人机的飞行半径和有效载荷,为无人机提供了更为充足的执行任务的时间,是国内外无人机领域研究的焦点。本文针对复杂环境下无人机软式空中加油中的精确引导问题,开展了视觉识别与引导技术、视觉/DGPS引导数据融合技术研究,并搭建了无人机空中加油飞行演示验证平台,最后通过实际飞行测试的方式对本文研究的空中加油引导技术进行了验证分析。首先,针对无人机软式空中加油飞行验证的需求进行了无人机加受油平台的总体设计,搭建了无人加/受油机系统,研制了锥套/加油软管吊舱、受油杆等关键任务设备,设计了空中加油视觉/DGPS引导系统,为空中加油飞行测试奠定了基础。其次,针对无人机软式空中加油过程中的复杂背景环境,提出了一种基于Faster-RCNN算法的远距离识别无人机/近距识别锥套的多目标识别算法。在此基础上,为了与DGPS引导数据进行融合,设计了无人加油机锥套/受油机受油插头坐标转换算法,采用线性约束最小二乘算法对视觉和DGPS信息进行了数据融合并进行仿真实验。再次,设计了无人加/受油机飞行控制基础硬件平台和控制律软件。在此基础上,针对无人机软式空中加油不同阶段的引导精度需求,设计了基于视觉/DGPS融合信息的受油机远距离跟踪引导律和基于视觉引导的近距对接引导律。最后,在搭建的无人机软式空中加受油平台上进行了实际飞行试验与分析,验证了无人加油机在单点GPS引导下的自动起降、巡航与锥套的空中收放功能,进行了基于视觉/DGPS引导的无人机软式空中加油飞行试验,通过数据分析可知,本文所设计的无人机空中加油对接引导技术具有良好的可行性,对无人机空中加油引导技术的工程化实现具有重要的参考价值。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V279
【部分图文】：

[1]。因此在现代战场上无人机的出镜率也是高的惊人。但是，无人机的几个优点也相对的人机产生了些许约束。因为无人机体积小、成本低、机动性好等特质，所以无人机会适当对有效载荷低、任务巡航半径小、燃油携带量低等问题。而且无人机是无人驾驶的飞行器会面临人员疲惫等问题。因此无人机要是能具有更长的留空时间，那将使无人机的应用价倍。各国为解决无人机航时问题都在进行各项研究工作。其中有一项被称为无人机自主空油技术（AutonomousAerialRefueling，AAR）被各国广泛认可。这项技术的成功将使无人术得到更大的飞跃。要研究无人机自主空中加油技术就要先行了解有人机的空中加油技术。空中加油这一过定义是，加油机在飞行过程中使用一定的方式将自身携带的富余的燃油通过管道转移到受的油箱内，从而提升受油机的飞行距离的技术。从上世纪二十年代 Alexander 首次提出空油的概念以来，空中加油技术已经得到了长足的发展[2]。朝鲜战争时期空中加油技术被首现在了世人的眼前。从那以后空中加油技术迎来了广泛的应用。空中加油技术能够大幅提行器的航行时间和距离，有效降低飞行器的起飞重量，提升飞行器的有效载荷[3]。现阶段界的空中加油技术分为两种，分别是软管锥套式空中加油（ProbeandDrogue，PDR）和硬空中加油（Flying Boom Refueling，FBR），两种加油方式的图例如图 1.1 所示。

无人机自主伙伴式空中加油。一架无人机装有可伸缩的模拟加模拟受油插头。该实验采用使用了地面遥控、GPS 定位和光学油的无人机接近、编队、对接、加油保持和脱离五个过程。实遥控模拟受油机与模拟加油机达到预定航线并保持稳定飞行，飞机接近，当两架飞机间距达到 10m 时自主空中加油系统将 式，在光学引导的状态下完成模拟锥套与模拟受油插头的对接机伙伴式自主空中加油的可能，并未进行真正意义上的加油过与实验过程中将会完成无人机伙伴式自主空中加油的全过程n 公司主导研究的 KQ-X 项目采用全球鹰无人机对无人机空中加目首先研究了气流对无人机的影响[17]。2012 年 9 月美国国防高天局共同研发的一种多信道导航系统和自动飞行控制系统，精球鹰”无人机，一架搭载模拟加油软管和锥套，另一架安装模拟。这次飞行试验里包含有长达两小时的对接保持阶段[18]。此项自主空中加油技术的发展，并验证了无人机软式空中加油编队式空中加油示意图如图 1.2 所示。

图 1.3 X-47B 无人机软式自主空中加油示意图术起步相对较晚[21]，1988 年发生的南海问题激发了空工业部下达歼-8 二型空中受油飞机的研制任务轰-6 飞机的加油编队试飞。歼-8 二型空中受油飞机项更名为歼-8D，轰-6 飞机也因搭载了空中加油设备上的空中加油能力。然而，应急改装后的轰油-6 最大无”问题，并不能满足现代战场对空中加油量的需
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本文编号：2877745