發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 08:56

　　 無人機(jī)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,承擔(dān)著信息獲取,軍事偵查和打擊等各種重要任務(wù)。無人機(jī)自主空中加油技術(shù)增加了無人機(jī)的飛行半徑和有效載荷,為無人機(jī)提供了更為充足的執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間,是國內(nèi)外無人機(jī)領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。本文針對復(fù)雜環(huán)境下無人機(jī)軟式空中加油中的精確引導(dǎo)問題,開展了視覺識(shí)別與引導(dǎo)技術(shù)、視覺/DGPS引導(dǎo)數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究,并搭建了無人機(jī)空中加油飛行演示驗(yàn)證平臺(tái),最后通過實(shí)際飛行測試的方式對本文研究的空中加油引導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證分析。首先,針對無人機(jī)軟式空中加油飛行驗(yàn)證的需求進(jìn)行了無人機(jī)加受油平臺(tái)的總體設(shè)計(jì),搭建了無人加/受油機(jī)系統(tǒng),研制了錐套/加油軟管吊艙、受油桿等關(guān)鍵任務(wù)設(shè)備,設(shè)計(jì)了空中加油視覺/DGPS引導(dǎo)系統(tǒng),為空中加油飛行測試奠定了基礎(chǔ)。其次,針對無人機(jī)軟式空中加油過程中的復(fù)雜背景環(huán)境,提出了一種基于Faster-RCNN算法的遠(yuǎn)距離識(shí)別無人機(jī)/近距識(shí)別錐套的多目標(biāo)識(shí)別算法。在此基礎(chǔ)上,為了與DGPS引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,設(shè)計(jì)了無人加油機(jī)錐套/受油機(jī)受油插頭坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法,采用線性約束最小二乘算法對視覺和DGPS信息進(jìn)行了數(shù)據(jù)融合并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。再次,設(shè)計(jì)了無人加/受油機(jī)飛行控制基礎(chǔ)硬件平臺(tái)和控制律軟件。在此基礎(chǔ)上,針對無人機(jī)軟式空中加油不同階段的引導(dǎo)精度需求,設(shè)計(jì)了基于視覺/DGPS融合信息的受油機(jī)遠(yuǎn)距離跟蹤引導(dǎo)律和基于視覺引導(dǎo)的近距對接引導(dǎo)律。最后,在搭建的無人機(jī)軟式空中加受油平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)際飛行試驗(yàn)與分析,驗(yàn)證了無人加油機(jī)在單點(diǎn)GPS引導(dǎo)下的自動(dòng)起降、巡航與錐套的空中收放功能,進(jìn)行了基于視覺/DGPS引導(dǎo)的無人機(jī)軟式空中加油飛行試驗(yàn),通過數(shù)據(jù)分析可知,本文所設(shè)計(jì)的無人機(jī)空中加油對接引導(dǎo)技術(shù)具有良好的可行性,對無人機(jī)空中加油引導(dǎo)技術(shù)的工程化實(shí)現(xiàn)具有重要的參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279
【部分圖文】：

[1]。因此在現(xiàn)代戰(zhàn)場上無人機(jī)的出鏡率也是高的驚人。但是，無人機(jī)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)也相對的人機(jī)產(chǎn)生了些許約束。因?yàn)闊o人機(jī)體積小、成本低、機(jī)動(dòng)性好等特質(zhì)，所以無人機(jī)會(huì)適當(dāng)對有效載荷低、任務(wù)巡航半徑小、燃油攜帶量低等問題。而且無人機(jī)是無人駕駛的飛行器會(huì)面臨人員疲憊等問題。因此無人機(jī)要是能具有更長的留空時(shí)間，那將使無人機(jī)的應(yīng)用價(jià)倍。各國為解決無人機(jī)航時(shí)問題都在進(jìn)行各項(xiàng)研究工作。其中有一項(xiàng)被稱為無人機(jī)自主空油技術(shù)（AutonomousAerialRefueling，AAR）被各國廣泛認(rèn)可。這項(xiàng)技術(shù)的成功將使無人術(shù)得到更大的飛躍。要研究無人機(jī)自主空中加油技術(shù)就要先行了解有人機(jī)的空中加油技術(shù)�？罩屑佑瓦@一過定義是，加油機(jī)在飛行過程中使用一定的方式將自身攜帶的富余的燃油通過管道轉(zhuǎn)移到受的油箱內(nèi)，從而提升受油機(jī)的飛行距離的技術(shù)。從上世紀(jì)二十年代 Alexander 首次提出空油的概念以來，空中加油技術(shù)已經(jīng)得到了長足的發(fā)展[2]。朝鮮戰(zhàn)爭時(shí)期空中加油技術(shù)被首現(xiàn)在了世人的眼前。從那以后空中加油技術(shù)迎來了廣泛的應(yīng)用。空中加油技術(shù)能夠大幅提行器的航行時(shí)間和距離，有效降低飛行器的起飛重量，提升飛行器的有效載荷[3]。現(xiàn)階段界的空中加油技術(shù)分為兩種，分別是軟管錐套式空中加油（ProbeandDrogue，PDR）和硬空中加油（Flying Boom Refueling，F(xiàn)BR），兩種加油方式的圖例如圖 1.1 所示。

無人機(jī)自主伙伴式空中加油。一架無人機(jī)裝有可伸縮的模擬加模擬受油插頭。該實(shí)驗(yàn)采用使用了地面遙控、GPS 定位和光學(xué)油的無人機(jī)接近、編隊(duì)、對接、加油保持和脫離五個(gè)過程。實(shí)遙控模擬受油機(jī)與模擬加油機(jī)達(dá)到預(yù)定航線并保持穩(wěn)定飛行，飛機(jī)接近，當(dāng)兩架飛機(jī)間距達(dá)到 10m 時(shí)自主空中加油系統(tǒng)將 式，在光學(xué)引導(dǎo)的狀態(tài)下完成模擬錐套與模擬受油插頭的對接機(jī)伙伴式自主空中加油的可能，并未進(jìn)行真正意義上的加油過與實(shí)驗(yàn)過程中將會(huì)完成無人機(jī)伙伴式自主空中加油的全過程n 公司主導(dǎo)研究的 KQ-X 項(xiàng)目采用全球鷹無人機(jī)對無人機(jī)空中加目首先研究了氣流對無人機(jī)的影響[17]。2012 年 9 月美國國防高天局共同研發(fā)的一種多信道導(dǎo)航系統(tǒng)和自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)，精球鷹”無人機(jī)，一架搭載模擬加油軟管和錐套，另一架安裝模擬。這次飛行試驗(yàn)里包含有長達(dá)兩小時(shí)的對接保持階段[18]。此項(xiàng)自主空中加油技術(shù)的發(fā)展，并驗(yàn)證了無人機(jī)軟式空中加油編隊(duì)式空中加油示意圖如圖 1.2 所示。

圖 1.3 X-47B 無人機(jī)軟式自主空中加油示意圖術(shù)起步相對較晚[21]，1988 年發(fā)生的南海問題激發(fā)了空工業(yè)部下達(dá)殲-8 二型空中受油飛機(jī)的研制任務(wù)轟-6 飛機(jī)的加油編隊(duì)試飛。殲-8 二型空中受油飛機(jī)項(xiàng)更名為殲-8D，轟-6 飛機(jī)也因搭載了空中加油設(shè)備上的空中加油能力。然而，應(yīng)急改裝后的轟油-6 最大無”問題，并不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)場對空中加油量的需
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