1
梁斌斌, 邵荃,蔡鑫宇,等
低空经济作为国家战略性新兴产业,其运行安全至关重要,但低空空域呈现出“高密度、高动态、高异构”的运行特征,使得航行风险增大. 现有研究多从单一技术或局部环节展开,尚缺乏对低空航行风险“感知−评估−控制”全链条的系统综述与综合分析. 为此,系统开展低空航行风险管控研究综述. 明确低空航行风险定义,剖析四类核心风险特征;全面梳理风险感知、评估与控制环节的研究进展;凝练出低空航行风险演化多尺度机理、多源异构数据融合感知、多风险耦合推演与评估、自适应风险控制等四方面关键科学问题;最后,展望低空航行风险感知、评估、控制技术的发展趋势. 旨在为低空航行风险管控与低空经济稳定发展提供系统性参考.
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基先验引导的无人机RGB-T目标检测
佘令仪, 王正杰, 詹昭焕
RGB-T目标检测通过融合可见光与热红外图像的互补信息提升复杂环境下目标检测精度和鲁棒性,在无人机实际应用场景中面临两大核心挑战:①模态内问题,即无人机在夜间或恶劣天气条件下采集的可见光图像质量严重退化,细节丢失显著;②模态间问题,即无人机视角多变、目标尺度小且背景复杂,跨模态融合过程中目标信息难以对齐,导致融合信息噪声较大,小目标难以检测. 为应对上述挑战,从先验引导出发,提出一种面向无人机应用的改进方案. 针对模态内问题,通过利用预训练暗光增强模型的先验在空间域对低光照RGB图像进行增强,提升图像质量并恢复细节信息;针对模态间问题,引入人类的注意力先验,设计了轻量化的前景区分分支,以多任务学习的方式帮助模型聚焦于目标区域,减少背景噪声干扰. 实验结果表明,该框架实现了无人机在多光照条件、多尺度目标的复杂场景下的检测鲁棒性,为低空智能感知提供了一种可靠的多模态检测技术支撑.
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具备载荷留置和复飞功能的附着无人机建模与控制策略设计
武震公, 杨东晓, 杨宇, 等
针对无人机在续航时间与载荷能力之间存在的矛盾,提出了一种通过附着与复飞实现能量节约与任务扩展的解决思路. 基于四旋翼构型,设计了带有黏附机构的附着装置,实现机体在垂直壁面上的可靠栖息与载荷留置功能. 在动力学建模方面,分别建立了飞行状态与附着状态下的动力学模型,揭示了系统在不同阶段的自由度变化与推力—姿态耦合关系;在此基础上,设计了覆盖目标引导、压紧、阶梯油门贴壁以及复飞分离全过程的控制策略,从而实现了附着与复飞的完整闭环. 实验结果表明,所构建的飞行与附着状态动力学模型及全过程控制策略,能够有效支撑系统从自由飞行到附着贴壁、再到复飞分离的完整过程,实现了较好的姿态稳定性和载荷留置能力,为无人机在复杂城市环境中的长期任务执行提供了新的技术途径.
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针对低空安防智能目标检测技术的对抗攻击方法研究
李扬, 王正杰, 黄南海
基于深度学习的目标检测技术是低空安防系统的感知核心,其安全性直接关系到无人机巡检、空中物流等关键应用的可靠性. 为系统评估低空视觉系统在对抗环境下的鲁棒性,以广泛部署的YOLOv8检测器为研究对象,提出一种联合对抗攻击方法;该方法通过协同优化目标定位、分类等多任务损失,生成能够诱导检测器产生漏检与误检的对抗性补丁. 在包含多种飞机目标的数据集(MAR20)上的实验表明,所提方法对YOLOv8系列模型的平均攻击成功率达到78.86%,显著优于随机噪声攻击. 跨模型迁移实验进一步显示,对抗补丁在YOLOv8不同规模变体间保持平均65%以上的攻击成功率,表现出强泛化能力. 这些结果系统揭示了YOLOv8在联合优化机制下存在的对抗脆弱性. 本研究从攻击者视角,揭示了低空安防视觉系统在联合优化对抗机制下存在的严重脆弱性,为构建鲁棒性评估框架、设计主动防御策略及实现低空关键基础设施的安全部署提供了重要参考.
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带时间约束的物流无人机轨迹规划方法
王凡枭, 杨东晓, 李娟,等
为了在时间约束下使物流无人机安全、高效穿过城市障碍物并完成配送任务,提出一种满足时间约束的分层轨迹规划方法. 将真实小区地图建成二维栅格地图,以栅格周围障碍物密度计算栅格风险. 将轨迹规划分为前端航迹规划和后端轨迹优化,前端对A*算法生成的航迹点进行关键点提取和直线插值处理,后端采用最小化snap(加速度的二阶导)的方法进行轨迹优化并设计时间分配方法. 通过仿真实验与其他算法进行对比,验证该方法可以在更短的时间约束下保证飞行安全,通过能耗估算模型验证该方法能耗较低,为城市低空物流无人机轨迹规划提供兼顾时间约束、风险和能耗的方案.
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基于低空风险场的三维航迹规划
吴炎烜, 付伊凡, 罗旭东,等
针对城市低空复杂环境下的无人机航迹规划问题,提出了一种基于三维风险场的实时航迹规划方法. 该方法构建了融合静态势能场与动态动能场的三维风险模型,并提出了基于4级优先级响应机制的决策框架,通过三维网格离散化与实时风险计算,将连续场强转化为离散控制指令,实现对多层次威胁的动态感知与规避. 仿真结果表明,基于风险场的航迹规划算法能够引导目标无人机在动态环境中安全飞行,当预测时间为1.5 s时,平均碰撞次数为0.1次. 该方法为城市低空无人机自主飞行提供了有效的技术支撑.
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7
异构传感器驱动的多无人机协同观测与跟踪方法
李娟, 赵腾斌, 刘畅, 等
无人机集群在防区外对地面机动目标实施协同跟踪时,面临目标状态不确定、安全距离约束严格、异构传感器协同困难等多重挑战. 针对此问题,提出一种融合滚动时域控制(receding horizon control, RHC)与启发式优化的多机协同跟踪方法,通过解析异构传感器的测量特性,对多无人机系统整体的费舍尔信息矩阵进行了系统推导,解析了异构传感器多无人机系统的最优观测构型. 在此基础上,构建了一个以最大化预测时域内累计费舍尔信息矩阵行列式为目标的高维非凸轨迹优化问题,引入改进蛇优化器作为RHC的求解方法,结合环绕一致性保持与平滑机制,实现自主引导异构无人机集群形成并保持近似最优的观测构型. 仿真结果表明,与李雅普诺夫矢量场方法相比,在对地面运动目标的跟踪任务中,显著提升了系统的整体定位精度与观测鲁棒性.
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8
基于强化学习的反异构无人机集群协同目标分配方法
魏浩明, 王正杰, 王玥,等
为应对无人机集群饱和攻击对防空系统的严峻挑战,以实现“以群制群”的制胜目标,提出一种基于近端策略优化的协同目标分配方法. 该方法通过引入注意力机制提取拦截集群与目标集群间的交互特征,提升模型对战场态势的关联感知;同时结合分层掩码机制处理可变规模目标集群,动态筛选可用拦截平台,避免火力重叠,有效满足协同约束. 实验表明,该方法在复杂对抗场景中具有良好的泛化性与鲁棒性,为动态威胁下的智能目标分配提供了新思路.
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基于模块化开放系统方法的巡飞器敏捷设计与集成方法研究
陈俊男, 王正杰, 王晓光, 等
提出一种基于模块化开放系统方法(MOSA)与民商产业链融合的巡飞器产品敏捷设计与集成方法. 深入研究美军模块化开放系统方法(MOSA),结合基于模型的系统工程(MBSE)方法论及工具,梳理巡飞器系统架构设计流程;基于民商产业链,快速完成系统硬件选型与方案设计;构建基于民商产业链的巡飞器系统架构开放性评估指标体系,为架构优化提供指导方向. 结果表明,该方法可以有效缩短巡飞器系统的研制周期、降低研制成本、促进系统能力的敏捷升级.
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来源:《北京理工大学学报》
《北京理工大学学报》
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