反微型无人机智能拦截系统设计及仿真

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近年来,随着无人机技术的不断创新与发展,无人机的市场也在不断发展与成熟。消费级无人机等微型无人飞行器的应用呈现爆发式增长,但同时也出现了微型无人机越来越滥用的情况,其频繁威胁城市低空安全,增加了城市低空安防负担。微型无人机具有难发现、难捕捉、难处置、难应对的特点,防御微型无人机具有“事前预测难、事中处置难、事后追查难”的特征,因此防范微型无人机肇事成为了一个世界公共安全问题。针对传统反微型无人机作业方式存在的响应速度较慢,效率较低,无法对入侵无人机进行有效拦截的问题,本文分析微型无人机的现实威胁和反微作业的实际需求,以及现有各类反微型无人机技术与装备的优缺点,在此基础上提出以高速智能的微小型飞行器为载体,研究设计一种便携、低成本、快响应、软杀伤、可灵活执行任务的反微型无人机智能拦截系统,以满足军民两用的需求,提高反微型无人机的作业效率,降低反微型无人机作业的成本。论文主要包括以下几个方面:第一,文中以微型无人机对公共安全的威胁为研究背景,对反微型无人机技术研究的必要性做分析;第二,分析反微型无人机拦截系统的研究原则,并根据反无人机的技术特点及发展趋势,提炼分析反微型无人机拦截系统的制导和控制两个关键技术;第三,设计反微型无人机智能拦截系统,构建反微拦截系统的总体技术框架,对气动布局与总体结构等相关技术进行分析研究;第四,针对所提炼分析的两个关键技术,在导引技术中研究并提出四象限图像制导,在控制技术中研究并改进微型飞行器自增稳控制技术;第五,针对所构建的反微型无人机智能拦截系统,以比例导引方式为基础,建立仿真模型,利用软件对入侵无人机进行拦截仿真,并以实机试验验证该反微型无人机拦截系统的技术可行性;第六,总结全文工作,并对该反微型无人机智能拦截技术在其他领域的应用扩展和未来可能继续研究的工作进行展望。本文以机电一体化技术为基础,提出了一个可工程化的反微型无人机智能拦截系统方案。在反微拦截系统制导技术中,提出一个四象限图像制导的概念以满足微小型飞行器的需求;在微型飞行器控制技术中,提出了一个具有自增稳控制的姿态稳定控制回路。并通过仿真分析和实机试验验证了该系统方案的可行性。本文的研究对于提高城市反微型无人机作业效率,降低反微作业成本,具有现实应用价值和理论指导意义。
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