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MIT分布式编队避障控制最新进展: 可应用于集群武器协同作战

发布时间:2019-05-26 15:40 来源:未知 编辑:admin

  2016年5月16~21日, IEEE顶级会议——机器人与自动化国际会议(ICRA)在斯德哥尔摩举行。会上,来自麻省理工学院(MIT)计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究团队展示了其在分布式编队控制方法中取得的最新进展。据悉,该团队分布式控制研究项目由美国波音公司资助,可应用于“蜂群”无人机协同作战。

  在集群武器协同执行监视、侦查、打击等作战任务时,保持武器间信息交互和维持目标编队避免碰撞尤为重要。传统编队控制主要依赖于集中式控制,即单个实体掌握所有信息,计算实现目标编队的解决方案,并将指令信息分别下达其他个体。集中式控制对计算能力要求高、效率低,且一旦中央控制器故障或被攻击,就会出现危及整个编队的单点故障,损失惨重。而分布式编队控制方法可以有效解决以上问题。分布式控制指集群中每个武器只需掌握其自身周围环境和其他临近武器的部分信息,通过武器间信息交互进行信息传递和协调,协同计算编队飞行控制指令。

  (a)各无人机独立计算目标编队,(b)各无人机独立计算无障碍区域,(c)MIT分布式协同计算方法

  图1所示为MIT CSAIL团队分布式编队避障控制方法和其他分布式控制方法对比。集群武器分布式编队控制中,各武器通信范围有限,需建立信息拓扑网络。最简单的方案如图1(a)所示,各武器独立计算避障飞行轨迹,其他武器按编队协同飞行。由于该分布式控制方法中各武器独立计算时并未考虑编队中其他武器位置,因此,为维持编队,协同飞行过程中其他武器则可能进入障碍区域,发生碰撞。图1(b)所示分布式控制方法可通过计算各武器无障碍区域交集来解决上述问题,但受限于各武器有限通信范围,该方法将可能导致无解,即无障碍区域交集为空,无法得出集群武器下一步飞行目标位置。图1(c)所示MIT CSAIL团队的分布式编队避障控制方法能有效解决以上问题。MIT CSAIL团队的分布式编队避障控制方法具体实施步骤如下:

  b) 每架无人机根据其掌握的障碍物信息独立计算最大无障碍凸多边形区域,使其包含集群包络并向目标位置扩展

  为验证该分布式编队控制算法,MIT CSAIL团队采用4架四旋翼无人机编队飞行进行仿真。仿真环境中设有一个动态障碍(图2中黄色四旋翼无人机)和三个静态障碍(图2中灰色矩形部分),目标是躲避所有动态和静态障碍且维持编队实现绕圈飞行。4架无人机可选编队模式为正方形、菱形和直线架无人机初始编队方式为正方形,在第11s时,4架无人机轻度倾斜以避开迎面而来的动态障碍(黄色物体)。为了避开左下方拐角处障碍物,4架无人机变换成直线,直至安全避障后,恢复其正方形编队(20 s)。在整个绕圈过程中,4架无人机根据动态和静态障碍情况实时变换编队模式,并在环境条件允许的情况下及时恢复其正方形编队。

  该团队将分布式编队控制方法应用于同时控制多达16架无人机的编队避障飞行,并进行仿线)。仿真中设置狭窄通道形静态障碍(灰色区域),16架无人机需按可选编队模式协同通过该障碍。初始,16架无人机以4x4x1编队形式接近障碍,即在X-Y平面飞行。进入障碍空间前,该16架无人机迅速变换编队为4x1x4,即在垂直平面(X-Z)内飞行。进入较宽阔障碍空间位置时,变换为4x2x2编队(优先级高于4x1x4编队形式)。远离障碍后,16架无人机将恢复至4x4x1编队形式,成功实现16架无人机分布式协同通过障碍物并保持编队飞行。

  与集中式编队控制方法相比,该分布式方法在计算过程中让无人机仅与临近无人机在无障碍区域进行信息分享,并且仅将安全区域交集传递给下一临近无人机,可大幅降低所需通信带宽和计算成本。据该团队研究人员哈维尔·阿隆索·莫拉介绍,该分布式编队避障控制方法将应用于集群无人机编队飞行,执行监控、绘制地图等任务。同时,该研究仍面临诸多挑战,包括如何获取环境状况,如何在多动态障碍物环境中长期保持编队稳定等。

  [据国防杂志网2016年9月8日报道] 9月8日,据五角大楼某办公室经理透露,他们正在积极研发可快速交付美空军的“蜂群”微型无人机技术,即“山鹑”无人机,该无人机技术用于支持在战斗机上发射可乐瓶尺寸的无人机,并编队执行“蜂群”任务。“山鹑”微型无人机采用螺旋桨推进,机翼可折叠并装在MJU-10/B标准飞机诱饵发射装置内。发射后,在降落过程中必须唤醒无人机并引导他们找到“蜂群”编队其他无人机,随后执行预设任务。一旦收到任务指令,“蜂群”无人机会分配和优化执行任务的方法,以更好地执行“蜂群”任务。

  “山鹑”微型无人机部件采用3D打印而成,因该型无人机完成任务后不会回收,无人机的成本成为该型无人机的关键。同时,较低的价格也是一项非常重要的作战指标,它可以使拥有更多数量的无人机,在执行任务时凸显饱和度策略优势。“山鹑”微型无人机飞行测试已经超过500次,目前该型无人机采用的是第七代技术,在之前的一次测试中,1架F-16战斗机发射了20架“山鹑”微型无人机。美国国防部战略能力办公室(SCO)正在快速推进该项技术,尤其是无人机系统能力,包括可维护安全的传感器、无人机速度、各种天气适应能力。速度和续航力尚处于保密中。SCO希望促进该项技术足够成熟,以能够在2017财年末交付美空军。但由于该型无人机在战术飞机上发射,低空飞行执行监视任务,目前尚需要很多演示以验证其准备就绪。

  [据美国航空周刊和空间技术网站2016年9月8日报道]俄罗斯中央流体和空气动力研究院(TsAGI)已经完成了由俄联邦鞑靼斯坦共和国Aviaresheniya设计局设计的农用无人机的初始风洞试验。

  这款无人机采用盒状的飞行平台设计,被称为FLYP。试验是在TsAGI位于莫斯科的全尺寸风洞中进行的,试验风速达到72公里/小时,试验获得了该平台的基本气动性能数据。

  FLYP在一个开放式的框架两侧各有一个2片桨叶的旋翼提供升力,能够进行垂直起降。两侧桨叶的下方布置的导流板很可能用来进行飞行控制。

  FLYP飞行平台设计简单,非常适用于农业喷洒、货物运输和搜救等任务,商载达50-100千克,巡航速度达40-70公里/小时。

  核心提示:无人驾驶艇的出现可能会对海战产生革命性影响,其意义犹如航空母舰的诞生一样。

  9月7日报道 外媒称,英国国防部的科学家已经公开了一艘无人驾驶快艇。它可为建立一支由高速侦察和监视快艇组成的皇家海军机器人舰队铺平道路。

  据英国《每日电讯报》网站9月5日报道称,这艘长34英尺(1英尺约合0.3米)的快艇能够以超过50节的速度在海上航行,跟踪高速移动目标,无需人类的操控就可实现导航和躲避其他船只。

  海军的指挥官认为,这可能预示着将会出现一支由高速快艇组成的机器人舰队,艇上携带的传感器可用来执行情报搜集和侦察任务。

  海军的舰队机器人技术指挥官称,无人驾驶艇的出现可能会对海战产生革命性影响,其意义犹如航空母舰的诞生一样。

  彼得·皮普金中校说:“这可能是海上系统实现大飞跃的好机会——不是为了把人排除在外,而是增强人所做的一切,扩大我们的影响范围、我们的视力范围、我们的时间跨度,以及我们在海上利用智能化和可控制机器人的效率。”

  虽然只是一个检验新技术的测试平台、不会列装,但消息人士称,它可能为未来的机器人舰艇铺平道路,可跟踪、尾随或侦察其他船只或在海岸线游弋。

  皇家三军研究所军事科学部门的负责人伊丽莎白·昆塔纳说,海军期待用无人驾驶艇来取代“枯燥、肮脏和危险”的工作。

  她说,机器人快艇也可保护航母,防范诸如伊朗海军在波斯湾部署的大量进攻性快艇。但她也说,军事领导人对是否要为无人艇加装武器还犹豫不决。

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