微小型无人机研究所五年（2015～2019年）规划

1 团队人员组成

人员：石俊、刘智平、熊杰；负责人：石俊。

2 主要研究方向

与微小型无人机相关的飞行动力学、无人化、智能化理论和技术。

主要有：飞行动力学、探测与识别、智能控制、导航与路径规划、ARM与DSP。

3 近五年主要成果

（1）研发硬件：航姿器样机；

（2）软件著作权：2套；

（3）发表论文：40篇；

（4）出版专著：2部；

（5）主持和参加科研：10项；

（6）培养研究生：5名；

（7）指导与无人机技术相关研究的本科毕业设计：12名。

（8）已组建2012级、2013级两个大学生竞赛团队，并已开始工作。

（9）已完成相关研究的理论知识与技术储备；

（10）正在研发一架微型无人直升机样机，计划2015年五一前后试飞。

4 五年（2015～2019年）建设发展目标

4.1 研究概论

本团队研究所涉及的一级学科包括机械工程、控制科与工程、计算机科学与技术、航空宇航科学与技术，具有典型的多学科交叉和综合应用特性。

本团队研究囊括了我院‘探测制导与控制技术’本科专业几乎所有专业课知识，特别以‘导航与GPS’、‘探测与识别’、‘自动控制原理’、‘计算机控制’等核心专业课为基础；也涉及到我院其它多个重要课程，如微机原理、程序设计、单片机等。

通过研究，可进一步申报我校、西安市、省部级、国家级项目，特别是兵器方面的研究项目。同时，其研究成果也可应用于各类有人驾驶与无人飞行器、以及其它无人化与智能化系统。

4.2 研究的主要内容

（1）微型无人直升机飞行动力学与智能控制的设计、仿真、试验；

（2）飞行智能控制信息物理系统的硬件设计、系统软件的开发与调试；

（3）飞行器及其智能控制系统的联调；

（4）飞行器导航与路径规划系统的设计、仿真、试验；

（5）机载探测、识别系统的设计、仿真、试验；

（6）综合信息平台智能控制系统的设计、仿真、试验。

4.3 研究的核心与关键问题

（1）研究无人直升机的气动参数、飞行动力学，飞行器需按要求实现起降、悬停、巡航、机动；

（2）研究无人直升机的惯性导航与卫星定位（GPS、北斗系统），飞行器需具有精确的导航功能与智能化的路径规划能力；

（3）研究无人直升机的控制律，能按要求对无人机进行精确智能化、无人化控制；

（4）研究探测与识别技术在无人直升机上的应用，使飞行器能实现自主目标探测、识别与跟踪；

（5）综合信息平台的智能控制技术，使其能协调工作。

4.4 年度研究计划

4.4.1 项目申请与经费

2015～2019年，每年申请国家级、省部级、西安市的科研项目至少各一项，并积极申请学校的科研项目，以及联系横向课题。

2019年，争取获批相关研究的国家自然科学基金。

每年完成科研经费：石俊≥12万圆，团队总计≥22万圆。

4.4.2 论文发表

2015～2019年，团队每年公开发表论文数目≥6篇，其中三大检索数目≥3篇。

4.4.3 详细研究计划

各项研究均基于ARM、DSP开发嵌入式系统，前后衔接，后面的研究均基于以前的研究成果。

（1）2015年研究计划：

1研究微小型无人直升机的姿态解算、飞行控制律；

2使用遥控器遥控无人直升机飞行，电机作为动力，续航能力4～6分钟，实现基本的飞行姿态（起降、悬停、上下、前后、左右飞行）；

3实现无人直升机按要求提吊与安放物体；

4无人直升机地面水平停机面积≤0.6×0.6㎡，总起飞重量≤2.0kg；

5进一步完善航姿器的设计（结构设计、电路设计）。

（2）2016年研究计划：

1将地理信息预先存储于无人直升机中，无人直升机加装摄像装置，无人直升机根据摄像装置获取的地标，与预存的信息进行匹配，实现路径规划与导航；

2加装惯性导航与卫星定位系统，基于智能控制计算飞行路径，以导航系统引导、控制无人机飞行，实现路径规划与导航；

3以上是，基于地理信息系统、惯性导航系统和卫星定位系统对预先确定的固定目标实现路径规划与导航；

4无人直升机以电机作为动力，续航能力4～6分钟，并由地面发出起飞指令，实现向预先确定的固定目的地的自主飞行；

5无人直升机地面水平停机面积≤1.2×1.0㎡，总起飞重量≤2.5kg；

6航姿器最终测试、定型。

（3）2017年研究计划：

1加装摄像、微型雷达波发射器、声波探测等探测装置，对获取的探测信息进行识别，基于路径规划与导航系统以及智能控制技术，控制无人直升机自主飞向移动目标；

2无人直升机以电机作为动力，续航能力4～6分钟，并由地面发出起飞指令，实现向预先确定的移动目标的自主监测、跟踪与飞行；

3无人直升机地面水平停机面积≤1.2×1.0㎡，总起飞重量≤2.5kg；

4航姿器的应用推广。

（4）2018年研究计划：

1无人直升机可同时搭载多种设备，如摄像、测距、雷达探测、声波探测、气体探测、惯性测量、通讯中继等，使用智能控制系统控制无人直升机的飞行及其搭载设备的工作，实现与地面设备（如计算机、手机）的信息交互；

2无人直升机以电机作为动力，续航能力6～8分钟；

3无人直升机地面水平停机面积≤1.8×1.6㎡，总起飞重量≤3.0kg；

4无人直升机与航姿器的应用推广。

（5）2019年研究计划：

1完善之前研究，把无人直升机建成综合多功能、无人化、智能化的空中信息平台；

2无人直升机以电机作为动力，续航能力8～10分钟；

3无人直升机地面水平停机面积≤1.8×1.6㎡，总起飞重量≤3.0kg；

4基于以上研究成果，开始使用燃油机作为无人直升机的动力，预计续航能力＞10分钟，总起飞重量＞6.0kg；

5无人直升机与航姿器的应用推广。

4.5 研究生培养

（1）五年累计毕业硕士研究生5～6名；

（2）研究生的学位论文和科研工作均与微小型无人直升机相关。

4.6 本科生培养与大学生竞赛

  （1）每年由我院本科生4～6名组成团队，参加无人直升机大学生竞赛1～2项：

 12015年，参加比赛；

   22016和2017年，参加比赛，每年争取获得3等奖或其以上奖励；

   32018和2019年，参加比赛，每年争取获得2等奖或其以上奖励。

  （2）每年指导本科生毕业设计15人以上。

4.7 职称评定

    五年内，石俊和熊杰晋升副教授职称，刘智平晋升教授职称。

5 保障措施

1本研究所现有教师三名，其研究方向与知识储备完全满足相关研究的需要；

2每年从事研究的学生数量：硕士生≥2名，本科生≥8名；

3现有办公室一间和笔记本电脑3台。

6 需要的建设条件和经费预算

6.1 所需建设条件

    （1）办公用房；（2）高性能电脑；（3）实验室及其设备的使用；（4）每年招收研究生2名；（5）研究资金。

6.2 所需研究经费

研究经费用于：1相关硬件、材料、配件、无人机机身的购买；2资料查询、技术咨询的外协费用；3硬件制作、零件加工的外协费用；4系统试验、安装、调试的外协费用；5无人机、航姿器的推广费用；6相关研究论文发表的费用。