遥测数据驱动的无人机飞行状态识别方法.pdf

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1、第３７卷第９期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ９２０１６年９月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｅｐ．２０１６遥测数据驱动的无人机飞行状态识别方法贺思捷，刘大同，彭宇（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨１５００８０）摘要：无人机飞行状态的识别是无人机飞行状态分析必要的基础，可为无人机任务调度、智能维护维修和设计优化提供参考信息。无人机的遥测数据是对其飞行状态识别的重要依据，针对无人机遥测数据量大、各飞行状态持续时间不同、数据混有噪声、无法直接提供飞行意图信息等问题，提出一种基于切比雪夫特征提取和随机森林分类（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖｒ

2、ａｎｄｏｍｆｏｒｅｓｔ，ＣＲＦ）算法的无人机状态识别方法。采用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ拟合法对遥测数据进行特征提取和降维，利用随机森林算法实现飞行状态的自适应分类。所提出方法将Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ拟合系数计算简单、接近最佳拟合的优点与随机森林算法的训练速度快、分类准确率高和抗噪能力强等优点相结合，可覆盖无人机的各类样本且避免过拟合问题，实现了无人机飞行状态的有效识别。采用真实无人机遥测数据进行验证，总体识别准确率高于９０％，少类样本亦可被准确识别，证明了所提出方法的有效性和实用性。关键词：无人机；飞行状态；状态识别；Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ拟合；随机森林中图分类号：ＴＰ３９１．４ＴＨ７０

3、１文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５１０．４０ＦｌｉｇｈｔｍｏｄｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅｂａｓｅｄｏｎｔｅｌｅｍｅｔｒｉｃｄａｔａＨｅＳｉｊｉｅ，ＬｉｕＤａｔｏｎｇ，ＰｅｎｇＹｕ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｅｓｔａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｌｉｇｈｔｍｏｄｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｎｍａｎｎ

4、ｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ（ＵＡＶ）ｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｔｓｆｌｉｇｈｔｍｏｄｅｓ．Ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔａｓｋｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＵＡＶ．ＴｈｅｔｅｌｅｍｅｔｒｉｃｄａｔａｏｆｔｈｅＵＡＶａｒｅｔｈｅｍｏｓｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｅｓｏｕｒｃｅｏｆｆｌｉｇｈｔｍｏｄｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｆｌｉｇｈ

5、ｔｍｏｄｅ，ａｎｄａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｎｏｉｓｅ．ＴｈｅｄａｔａｃａｎｎｏｔｄｉｒｅｃｔｌｙｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｆｌｙｉｎｇｉｎｔｅｎｔｉｏｎｏｆｔｈｅＵＡＶ．ＡｆｌｉｇｈｔｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅＵＡＶｂａｓｅｄｏｎＣｈｅｂｙｓｈｅｖｒａｎｄｏｍｆｏｒｅｓｔ（ＣＲＦ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄａｐｐｌｉｅｓＣｈｅｂｙｓｈｅｖｆｉｔｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｄｉｍｅｎｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄｕｔｉｌｉｚｅｓｔｈｅｒａｎｄｏｍｆｏｒｅｓｔａｌｇｏｒｉｔ

6、ｈｍｉｓｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｉｇｈｔｍｏｄｅｓ．ＴｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆＣｈｅｂｙｓｈｅｖｆｉｔｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｗｈｏｓｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｓｉｍｐｌｅｗｉｔｈｇｏｏｄｆｉｔｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔ，ａｎｄｔｈｅｒａｎｄｏｍｆｏｒｅｓｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｗｉｔｈｔｈｅｆａｓｔｔｒａｉｎｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｓｔｒｏｎｇａｎｔｉｎｏｉｓｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔｃａｎａｃｈｉｅｖｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒｅ

7、ｃｏｇｎｉｔｉｏｎｆｏｒｆｌｉｇｈｔｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅＵＡＶ，ａｖｏｉｄｉｎｇｏｖｅｒｆｉｔｔｉｎｇｉｎｍｕｌｔｉｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｉｔｓｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ．ＷｉｔｈｔｈｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｒｅａｌｔｅｌｅｍｅｔｒｉｃｄａｔａｏｆｔｈｅＵＡＶ，ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｏｖｅｒ９０％ａｎｄｔｈｅｃａｔｅｇｏｒｙｗｉｔｈｍｉｎｏｒｉｔｙｓａｍｐｌｅｓｉｓａｌｓｏｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄｃｏｒｒｅｃｔｌｙ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒ