無人機已廣泛應用于現代戰(zhàn)爭中,承擔著信息獲取,軍事偵查和打擊等各種重要任務。無人機自主空中加油技術增加了無人機的飛行半徑和有效載荷,為無人機提供了更為充足的執(zhí)行任務的時間,是國內外無人機領域研究的焦點。本文針對復雜環(huán)境下無人機軟式空中加油中的精確引導問題,開展了視覺識別與引導技術、視覺/DGPS引導數據融合技術研究,并搭建了無人機空中加油飛行演示驗證平臺,最后通過實際飛行測試的方式對本文研究的空中加油引導技術進行了驗證分析。首先,針對無人機軟式空中加油飛行驗證的需求進行了無人機加受油平臺的總體設計,搭建了無人加/受油機系統,研制了錐套/加油軟管吊艙、受油桿等關鍵任務設備,設計了空中加油視覺/DGPS引導系統,為空中加油飛行測試奠定了基礎。其次,針對無人機軟式空中加油過程中的復雜背景環(huán)境,提出了一種基于Faster-RCNN算法的遠距離識別無人機/近距識別錐套的多目標識別算法。在此基礎上,為了與DGPS引導數據進行融合,設計了無人加油機錐套/受油機受油插頭坐標轉換算法,采用線性約束最小二乘算法對視覺和DGPS信息進行了數據融合并進行仿真實驗。再次,設計了無人加/受油機飛行控制基礎硬件平臺和控制律軟件。在此基礎上,針對無人機軟式空中加油不同階段的引導精度需求,設計了基于視覺/DGPS融合信息的受油機遠距離跟蹤引導律和基于視覺引導的近距對接引導律。最后,在搭建的無人機軟式空中加受油平臺上進行了實際飛行試驗與分析,驗證了無人加油機在單點GPS引導下的自動起降、巡航與錐套的空中收放功能,進行了基于視覺/DGPS引導的無人機軟式空中加油飛行試驗,通過數據分析可知,本文所設計的無人機空中加油對接引導技術具有良好的可行性,對無人機空中加油引導技術的工程化實現具有重要的參考價值。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V279
【部分圖文】：

[1]。因此在現代戰(zhàn)場上無人機的出鏡率也是高的驚人。但是，無人機的幾個優(yōu)點也相對的人機產生了些許約束。因為無人機體積小、成本低、機動性好等特質，所以無人機會適當對有效載荷低、任務巡航半徑小、燃油攜帶量低等問題。而且無人機是無人駕駛的飛行器會面臨人員疲憊等問題。因此無人機要是能具有更長的留空時間，那將使無人機的應用價倍。各國為解決無人機航時問題都在進行各項研究工作。其中有一項被稱為無人機自主空油技術（AutonomousAerialRefueling，AAR）被各國廣泛認可。這項技術的成功將使無人術得到更大的飛躍。要研究無人機自主空中加油技術就要先行了解有人機的空中加油技術。空中加油這一過定義是，加油機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移到受的油箱內，從而提升受油機的飛行距離的技術。從上世紀二十年代 Alexander 首次提出空油的概念以來，空中加油技術已經得到了長足的發(fā)展[2]。朝鮮戰(zhàn)爭時期空中加油技術被首現在了世人的眼前。從那以后空中加油技術迎來了廣泛的應用�？罩屑佑图夹g能夠大幅提行器的航行時間和距離，有效降低飛行器的起飛重量，提升飛行器的有效載荷[3]�，F階段界的空中加油技術分為兩種，分別是軟管錐套式空中加油（ProbeandDrogue，PDR）和硬空中加油（Flying Boom Refueling，FBR），兩種加油方式的圖例如圖 1.1 所示。

無人機自主伙伴式空中加油。一架無人機裝有可伸縮的模擬加模擬受油插頭。該實驗采用使用了地面遙控、GPS 定位和光學油的無人機接近、編隊、對接、加油保持和脫離五個過程。實遙控模擬受油機與模擬加油機達到預定航線并保持穩(wěn)定飛行，飛機接近，當兩架飛機間距達到 10m 時自主空中加油系統將 式，在光學引導的狀態(tài)下完成模擬錐套與模擬受油插頭的對接機伙伴式自主空中加油的可能，并未進行真正意義上的加油過與實驗過程中將會完成無人機伙伴式自主空中加油的全過程n 公司主導研究的 KQ-X 項目采用全球鷹無人機對無人機空中加目首先研究了氣流對無人機的影響[17]。2012 年 9 月美國國防高天局共同研發(fā)的一種多信道導航系統和自動飛行控制系統，精球鷹”無人機，一架搭載模擬加油軟管和錐套，另一架安裝模擬。這次飛行試驗里包含有長達兩小時的對接保持階段[18]。此項自主空中加油技術的發(fā)展，并驗證了無人機軟式空中加油編隊式空中加油示意圖如圖 1.2 所示。

圖 1.3 X-47B 無人機軟式自主空中加油示意圖術起步相對較晚[21]，1988 年發(fā)生的南海問題激發(fā)了空工業(yè)部下達殲-8 二型空中受油飛機的研制任務轟-6 飛機的加油編隊試飛。殲-8 二型空中受油飛機項更名為殲-8D，轟-6 飛機也因搭載了空中加油設備上的空中加油能力。然而，應急改裝后的轟油-6 最大無”問題，并不能滿足現代戰(zhàn)場對空中加油量的需
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本文編號：2877745