王 龙， 董新民， 贾海燕

(1.空军工程大学工程学院，西安 710038; 2.中国人民解放军93942部队，陕西 咸阳 712000)

0 引言

无人飞行器(UAV)以其机动速度快、维护费用低、生存能力强等优点在现代战争中正扮演着越来越重要的角色，但UAV普遍存在载重小、油量少的缺点，大大制约了其效能的发挥。为解决这种矛盾，美国国防预研局、空军研究实验室及NASA等机构已开展了多项自动空中加油(Automated Aerial Refueling，AAR)验证计划［1－2］，并取得了一些阶段性的研究成果［3－4］。

准确获取无人机与加油机的相对位姿信息是实现无人机空中加油的前提。目前测量相对位姿信息的传感器主要包括惯性导航系统(INS)、差分GPS、机器视觉(Machine Vision，MV)传感器等。惯导的误差随时间积累，精度无法满足要求;差分GPS精度可以满足空中加油要求，但无人机空中加油对接阶段GPS信号容易受加油机遮挡，一旦信号丢失导航精度将显著下降［5］。机器视觉因导航精度高、信息丰富、完全自主等优点，近年来在无人机自主着陆、编队飞行和自主空中加油等工程实践中得到了广泛的应用。

本文对基于单目视觉的飞行硬管式(Flying Boom)UAV自动空中加油系统进行建模与仿真。建立包含加油机、UAV、视觉传感器的加油系统整体模型与仿真环境;通过单摄像机获取相对位姿;在考虑大气扰动及加油机尾流影响的情况下，设计了轨迹生成器和跟踪控制器用于实现UAV与加油机的会合对接，并对加油末段的对接机动进行仿真。

1 AAR仿真系统总体设计

空中加油可分为软管式(Probe and Drogue)和硬管式(Flying Boom)两种。……