第6篇 基于飞行数据的无人机飞行质量评价
参赛队员：胡雄,郑鹤鹏,王馨贤
指导老师：周华任
获奖情况：2017年军事数学建模竞赛一等奖
【摘要】无人机凭借其零伤亡、使用限制少、隐蔽性好、效率比高等特点,在现代战争中的地位和作用日渐突显,而无人机的飞行质量是其能准确执行各项任务的关键。本文给出了基于飞行数据评价无人机飞行质量的方案,为无人机的飞行训练提供有效保障。
在问题一中,本文首先将题中所给数据的单位进行转化,并建立时间轴同步模型使得原始非等长时间序列同步化,然后建立本地直角坐标并将地理坐标系转化为本地坐标系,接着分别在两种坐标系下使得无人机航迹可视化,最后按照题目要求画出了纬度、经度、高程以及速度大小关于时间的变化曲线。
对于问题二,本文首先建立四个基本飞行动作的判定模型,并对判定结果进行分析,利用得出的结果不断修正判定模型,从而约束提取序列的段数。然后根据该模型提取影响动作的特征与敏感参数,作为动作质量评价的指标,接着根据题中关于标准基本动作的定义确定参数的优劣解集,而后建立基于Topsis数学模型的评价指标体系,进而提取最具代表性的基本动作数据序列。对应爬升、下滑、平飞、转弯的代表性数据序列分别为：3643—3659、4554—4569、4243—4255、3057—3148。(总序列设为经纬度的维度1—5388)
针对问题三,基于在问题二中已经提取的对应基本动作的敏感参数与特征参数,本文建立了对应于基本动作的飞行质量的评价模型,对无人机操控手在各个飞行阶段的飞行质量进行评价,最后将问题二中提取的数据序列可视化,并分析操纵手的飞行习惯及痼癖动作,如螺旋爬升、油门控制不稳等。
对于问题四,本文首先进行了复杂飞行情况说明,然后基于问题二建立的基本飞行动作判定模型和问题三建立的飞行质量评价指标体系,建立了对于整个飞行过程的飞行质量模糊层次分析评价模型,并且运用此模型评价了题设给出的三个无人机操控手的综合飞行质量,其中最好的是2016-09-24 12-46-11.tlog.mat对应的3号无人机操控手。
针对问题五,本文在问题三和问题四讨论结果的基础上,利用主成分分析方法建立了主成分分析影响因素模型,分析了各参数对于飞行质量影响的程度,确定了影响飞行质量最大的主要参数为累加高度变化、航向偏差、油门。对应地,得出结论：影响飞行质量的主要因素有操纵杆的操纵灵敏度、操控手的方向性、给油门的时机和大小。为更好地促进无人机飞行训练,本文建立了基于容错机制的无人机操控手分级考核办法。
在文章的最后,对模型的优缺点及不足之处进行分析。
【关键词】无人机;飞行质量;数据分析;Topsis模型;主成分分析;容错机制