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《哈尔滨工业大学》 2017年
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无人机飞行数据实时异常检测系统研制

陈亚锋  
【摘要】:随着航空航天技术的快速发展,无人机以其低成本和高灵活性等优势,在军用和民用领域得越来越广泛的应用,其功能和结构也越来越复杂。实时异常检测则是保证无人机可靠安全完成飞行任务的关键技术之一,并能为无人机系统健康管理提供决策信息支持。然而,目前大多数无人机系统不具备实时异常检测的能力,针对此问题,本文开展无人机实时异常检测系统的研制,实现无人机飞行数据的实时异常检测并提供所需的高性能、低功耗的非侵入式计算系统。本文在分析实时异常检测所需数据接口和处理能力的基础上,综合考虑无人机系统在可靠性、功耗、体积和重量等方面的约束,提出一种非侵入式的嵌入式实时异常检测系统方案。该方案以Zynq异构So C为核心处理器的嵌入式计算平台,通过RS-422数据通信接口和以太网接口,实现无人机飞行数据的实时获取和异常检测结果的反馈,利用高层次综合(HLS)工具实现基于预测的LS-SVM异常检测算法和基于聚类的k-means异常检测算法模块化的设计,提高了数据处理能力,完成无人机的飞行数据的实时异常检测系统研制。首先,完成机载实时异常检测系统硬件平台的设计和研制。硬件平台选用包含ARM和FPGA的Zynq异构SoC为核心处理器,采用RS-422和以太网接口,实现与无人机的数据交互,以DDR3 SDRAM作为数据缓存器。其次,在硬件平台基础上,基于HLS工具完成对LS-SVM和k-means算法的模块化设计,利用Zynq中的可编程逻辑(PL)部分的并行计算特性提高算法的计算能力。同时,为提升数据接口和异常算法模块之间的数据交互率,设计的算法硬件化模块采用标准化AXI4-Stream接口,使得无人机数据可以采用DMA方式进行快速数据传输。最后,以Minnesota大学的无人机真实数据和Flight Gear生成的仿真数据对在实时异常检测系统进行测试与验证,针对异常检测处理性能和处理时间等指标的测试均取得了较好的效果。通过无人机真实飞行数据验证了本文提出的实时异常检测系统的可行性和有效性,为后期系统健康管理技术在无人机上的应用奠定一定的基础,对航空航天飞行器的系统健康管理研究也具有一定的价值和意义。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V267;V279

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵学良;朱庆生;;基于距离的数据流离群点快速检测[J];世界科技研究与发展;2013年04期
2 李权;周兴社;;基于KPCA的多变量时间序列数据异常检测方法研究[J];计算机测量与控制;2011年04期
3 陈斌;陈松灿;潘志松;李斌;;异常检测综述[J];山东大学学报(工学版);2009年06期
4 谭红明;邓克绪;罗锋;梁世波;;某高速无人机飞行事故分析:高速无人机控制失效分析及控制参数匹配[J];南京航空航天大学学报;2009年S1期
5 张晓惠;林柏钢;;基于特征选择和多分类支持向量机的异常检测[J];通信学报;2009年S1期
6 李昕;杨睿;;基于586-Engine的无人机飞控系统的设计与实现[J];航空电子技术;2008年02期
7 邹湘伏;何清华;贺继林;;无人机发展现状及相关技术[J];飞航导弹;2006年10期
8 谭小彬,奚宏生,王卫平,殷保群;基于支持向量机的异常检测[J];中国科学技术大学学报;2003年05期
9 雷金奎,杨宁;无人机飞控设备检测系统[J];传感器技术;2003年02期
10 秦博,王蕾;无人机发展综述[J];飞航导弹;2002年08期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 费思邈;霍琳;王亮;卢文书;;基于聚类分析的飞行数据异常检测方法[A];2015航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2015年
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1 丁智国;流数据在线异常检测方法研究[D];上海大学;2015年
2 张晨;数据流聚类分析与异常检测算法[D];复旦大学;2009年
3 秦首科;数据流上的异常检测[D];复旦大学;2006年
4 张玲霞;导航系统故障检测与诊断及其相关理论问题的研究[D];西北工业大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾发慧;基于FPGA的聚类算法的加速平台的研究与设计[D];中国科学技术大学;2016年
2 王晓璐;基于Zynq的LS-SVM算法加速器设计[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 汪浩淼;卫星在线状态监测模块研制[D];哈尔滨工业大学;2014年
4 庞景月;滑动窗口模型下的数据流自适应异常检测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
5 王迪爽;基于MPC5554的某型无人机双余度飞控计算机的设计[D];南京航空航天大学;2013年
6 赵学良;基于滑动窗口模型的数据流离群点检测研究[D];重庆大学;2012年
7 张国超;微小型无人直升机导航系统传感器故障诊断研究[D];浙江大学;2012年
8 刘琦;基于LS-SVM的时间序列预测方法及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 王威;基于DSP的无人机飞控计算机的设计与实现[D];南京航空航天大学;2009年
10 王美仙;飞行控制系统故障检测与隔离理论研究及实时软件开发[D];西北工业大学;2002年
【共引文献】
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1 伍美香;朱杰;张鹏飞;刘丙涛;张红梅;;基于第一视角飞行的仿真平台搭建[J];电子世界;2015年24期
2 钟苏;蒋化夷;邓砚宇;顾建;;现代设计方法在UAV气动布局设计中的应用[J];南昌航空大学学报(自然科学版);2015年04期
3 杨贵军;李长春;于海洋;徐波;冯海宽;高林;朱冬梅;;农用无人机多传感器遥感辅助小麦育种信息获取[J];农业工程学报;2015年21期
4 佘玉萍;陈淑清;;三种不同监督方法的离群值检测在欺诈交易上的比较[J];长春大学学报;2015年10期
5 马世欢;胡彬;;基于特征选取和样本选择的网络入侵检测[J];计算机系统应用;2015年09期
6 段镇;;无人机鲁棒伺服LQR飞行控制律设计[J];计算机测量与控制;2015年08期
7 李青;张晓江;黄发领;;基于Minim OSD的水质采样船状态反馈的研究与实现[J];电子设计工程;2015年16期
8 张晓惠;林柏钢;;基于平衡二叉决策树SVM算法的物联网安全研究[J];信息网络安全;2015年08期
9 张卿;冉剑;侯育军;;无人机飞控系统在线交互仿真方法研究[J];系统仿真学报;2015年08期
10 刘萱;贾晓洋;周明;;便携式筒式发射侦察机制作工艺[J];科技风;2015年14期
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1 尹宝全;农业数据处理中的异常检测方法研究[D];中国农业大学;2016年
2 钟丽娜;惯性/卫星组合导航自适应容错与精度性能增强关键技术研究[D];南京航空航天大学;2016年
3 戴晓强;冗余惯性导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2015年
4 曹科研;不确定数据的聚类分析与异常点检测算法[D];东北大学;2014年
5 刘剑慰;基于模型的飞行控制系统故障诊断方法研究[D];南京航空航天大学;2014年
6 程媛;多关系数据聚类算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
7 高兵;基于密度的数据流聚类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
8 梁海波;基于陀螺冗余的微惯性系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
9 闫秋艳;煤矿概率流数据挖掘方法研究[D];中国矿业大学;2010年
10 孔英会;数据流技术及其在电力信息处理中的应用研究[D];华北电力大学(河北);2009年
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1 刘浩林;基于视觉的微小型固定翼UAV自主定点降落系统的研究[D];西安理工大学;2018年
2 董亦博;基于PYNQ的图像视觉显著性检测系统设计[D];哈尔滨工业大学;2018年
3 黄志彬;面向高光谱图像异常检测的GPU加速器设计[D];哈尔滨工业大学;2018年
4 高升旭;基于FPGA的LVDS视频转换板的设计与实现[D];电子科技大学;2018年
5 张芳菊;无线接收机中高速DMA数据传输通道的设计与实现[D];电子科技大学;2018年
6 欧阳润宇;容错飞控计算机架构设计与虚拟化验证平台构建[D];电子科技大学;2018年
7 宋巧红;一种数据流突变点快速探测算法的研究与实现[D];东华大学;2018年
8 郗茜;基于LS-SVM的半圆拱形巷道无线信道建模与预测[D];西安科技大学;2017年
9 沈露;基于Zynq-7000的星载软件抗软错误设计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
10 姬耀;Zynq单粒子翻转测试方法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
【二级参考文献】
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1 杨显飞;张健沛;杨静;初妍;;基于距离的数据流离群点挖掘算法[J];计算机应用;2010年11期
2 张忠平;梁永欣;;基于反k近邻的流数据离群点挖掘算法[J];计算机工程;2009年12期
3 冯兴杰;冯小荣;王艳华;;基于核函数的PCA在QAR数据分析中的应用[J];计算机工程与应用;2009年14期
4 冯爱民;陈松灿;;基于核的单类分类器研究[J];南京师范大学学报(工程技术版);2008年04期
5 柏海滨;李俊;;基于支持向量机的入侵检测系统的研究[J];计算机技术与发展;2008年04期
6 肖海军;王小非;洪帆;崔国华;;基于特征选择和支持向量机的异常检测[J];华中科技大学学报(自然科学版);2008年03期
7 贲宗玉;袁冬莉;高建尧;;基于PC104和DSP的某型无人机导航/飞控系统设计[J];弹箭与制导学报;2007年03期
8 陈斌;冯爱民;陈松灿;李斌;;基于单簇聚类的数据描述[J];计算机学报;2007年08期
9 刘波;何清华;邹湘伏;贺继林;;基于MCF5235无人机飞行控制系统设计与实现[J];航天控制;2007年03期
10 常建龙;曹锋;周傲英+;;基于滑动窗口的进化数据流聚类[J];软件学报;2007年04期
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1 夏英;智能交通系统中的时空数据分析关键技术研究[D];西南交通大学;2012年
2 王亚琴;道路交通流数据挖掘研究[D];复旦大学;2007年
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1 王淑玲;基于ZYNQ实现实时人脸检测技术的研究[D];南京理工大学;2014年
2 彭超;PXI可重构串行通讯模块研制[D];哈尔滨工业大学;2013年
3 于锦涛;基于可重构机制的软硬件协同计算关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2013年
4 梅倩;LS-SVM在时间序列预测中的理论与应用研究[D];重庆大学;2013年
5 鲍文磊;LS-SVM的GPU高性能计算方法研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
6 程瑶;基于模型的卫星姿控系统故障诊断[D];哈尔滨工业大学;2012年
7 翟恒峰;基于LS-SVM雷达目标识别算法的FPGA设计[D];电子科技大学;2012年
8 马宁;基于FPGA的可重构计算硬件平台设计与实现[D];哈尔滨理工大学;2012年
9 李晓红;低功耗片上总线编码机制的研究与设计[D];上海交通大学;2011年
10 肖裕权;基于滑动窗口的数据流预测聚集查询处理的研究[D];中南大学;2011年
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4 ;反辐射无人机 天生雷达杀手[J];今日科苑;2017年07期
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7 周超;向绪友;钟旭;贺艺;;无人机在农业中的应用及展望[J];湖南农业科学;2017年11期
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3 杨光;王振宇;;无人机用活塞发动机质量与可靠性标准规范[A];质量管理体系评估最佳实践论文集[C];2017年
4 朱德铭;蔚文杰;;推进无人机装备保障科学发展的思考[A];航空装备维修技术及应用研讨会论文集[C];2015年
5 颜春艳;勉力财;张九民;;无人机系统用户技术资料体系研究[A];航空装备维修技术及应用研讨会论文集[C];2015年
6 王振宇;;航母无人机系统技术发展研究[A];航空装备维修技术及应用研讨会论文集[C];2015年
7 ;前言[A];2014(第五届)中国无人机大会论文集[C];2014年
8 祖先锋;李猛;韩玉芹;陈璞;;军用无人机系统计量保障体系研究[A];2014(第五届)中国无人机大会论文集[C];2014年
9 丁照蕾;刘泽勋;;美国无人机系统控制模块架构[A];2014(第五届)中国无人机大会论文集[C];2014年
10 顾天一;陈云翔;张磊;;基于环境的无人机数据链效能评估[A];2014(第五届)中国无人机大会论文集[C];2014年
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1 本报记者 姚天宇;中国无人机将成世界市场“捕食者”[N];中国航天报;2016年
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5 莱文;推动我国无人机产业高质量发展[N];中国质量报;2018年
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7 记者 姚雯;我国民用无人机产值2025年达到1800亿元[N];中国高新技术产业导报;2017年
8 本报记者 汤莉;我国将建立民用无人机管控体系[N];国际商报;2017年
9 记者 邱登科;无人机应用步入高速发展期[N];民营经济报;2017年
10 本报记者 张红霞 傅耕;成都无人机产业蓄势起飞[N];四川日报;2017年
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1 孟凡琨;无人机目标跟踪与避障研究[D];长安大学;2018年
2 王勋;基于拟态物理学的无人机编队控制与重构方法研究[D];国防科学技术大学;2016年
3 薛武;无人机影像定位优化技术研究[D];战略支援部队信息工程大学;2017年
4 裴信彪;新型多旋翼无人机的低成本组合导航与稳定控制[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年
5 邱东海;无人机起降滑跑与减振缓冲关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年
6 徐福祥;基于无人机及多源数据的黄海绿潮监测研究[D];中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所);2018年
7 朱小宁;航空物探无人机飞行姿态测量技术研究[D];吉林大学;2018年
8 张潮;神经智能控制在小型快递无人机系统中的研究与应用[D];北京科技大学;2017年
9 秦维彩;单旋翼植保无人机喷雾参数优化研究[D];江苏大学;2017年
10 赵明;多无人机系统的协同目标分配和航迹规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
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1 范浩楠;基于声波信号的室内无人机定位研究[D];西北大学;2018年
2 陈亚锋;无人机飞行数据实时异常检测系统研制[D];哈尔滨工业大学;2017年
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4 冯雪峰;无人机单镜头倾斜摄影测量的精度研究[D];华北理工大学;2018年
5 李红阳;基于无人机摄影测量技术的土地调查方法研究[D];华北理工大学;2018年
6 滕腾;CCS项目中CO_2泄露风险的无人机遥感监测响应研究[D];西北大学;2018年
7 鲁佳隽(Lucian);无人机河道巡检系统设计与实现[D];南京师范大学;2018年
8 耿路;基于海情的掠海无人机RCS问题研究[D];南京师范大学;2018年
9 吕梦;无人机在高速公路边坡日常养护巡查的应用研究[D];长安大学;2018年
10 刘强军;基于FPGA的无人机惯性导航算法研究与电路设计[D];哈尔滨工业大学;2017年
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