【摘要】：煤礦井下環(huán)境復雜多變,巷道四通八達,對井下災后救援造成了較大的困擾,因此本文提出應用小型旋翼無人機偵測井下環(huán)境信息。礦難發(fā)生后井下環(huán)境未知,需要無人機在短時間采集災后環(huán)境信息,因此針對災后煤礦井下無人機的定位以及航跡規(guī)劃算法進行了研究。災后原有已知井下信息大部分失效,無人機無法根據(jù)已有知識確定當前位置信息和規(guī)劃工作路徑,因而在對地磁導航定位和慣性導航定位深入研究的基礎上,提出了改進的MSD(Mean Standard Deviation)地磁匹配算法的無人機定位方法,并且對成熟的A*算法進行改進,降低了算法的運行時間并且可以修正突發(fā)威脅段的航跡,以完成災后井下無人機的航跡規(guī)劃,主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新工作如下:1.對災后的井下環(huán)境進行了建模,在考慮原有井下障礙對無人機影響的基礎上,綜合考慮突發(fā)威脅對無人機造成的威脅,并建立了災后井下突發(fā)威脅模型。對常見的無人機航跡規(guī)劃算法進行了比較,詳細分析了航跡規(guī)劃算法的原理和實現(xiàn)方法,為后續(xù)井下無人機航跡規(guī)劃算法的改進奠定了基礎。2.采用慣導與地磁組合定位的方法對災后井下無人機進行定位。通過對影響井下地磁數(shù)據(jù)采集的因素進行分析,并提出相應的解決措施。接下來對MSD地磁匹配算法進行改進,使用插值算法對算法進行優(yōu)化,得到精確度較高的定位數(shù)據(jù)。結合慣性導航定位,根據(jù)無人機傳感器以及飛行數(shù)據(jù),給出慣性導航的系統(tǒng)狀態(tài)方程,完成無人機井下初步定位。最后使用改進的MSD地磁匹配的定位算法進一步精確慣性導航的定位,得到滿足井下工作精確度要求的定位結果。3.為解決煤礦環(huán)境下無人機飛行航跡規(guī)劃問題,在傳統(tǒng)稀疏A*算法的基礎上,提出變權重動態(tài)稀疏A*算法,改進算法首先根據(jù)任務需要選擇合適的權重系數(shù),依據(jù)逆向變權重策略搜索航點規(guī)劃出無人機的全局靜態(tài)基準航跡。如果無人機在依基準航跡執(zhí)行任務時遇到突發(fā)威脅,先對航跡路程上的突發(fā)威脅進行分析,然后根據(jù)引入的次目標點策略,在保持原有不受威脅航跡段的基礎上,對受威脅航跡段進行修正。對改進算法進行仿真,結果表明可以快速避開突發(fā)威脅,并提高了航跡規(guī)劃的實時性和安全性的。
【圖文】：

標點且滿足所有約束條件的無人機最優(yōu)運動路徑無人機航跡規(guī)劃過程一逡逑般包括工作環(huán)境建模、全局基準航跡設計、根據(jù)威脅修正航跡以及航跡路徑平逡逑滑等環(huán)節(jié)［７５］，，航跡規(guī)劃步驟如圖２．１所示。逡逑飛行環(huán)境Ｉ邋Ｊ根據(jù)路徑規(guī)劃算法｜邋ｗ｜檢測有無突發(fā)威脅｜」響yU懈“逡逑建模￣￣＾肺全局躲刪＋＾sEyU冊評估￣＾逡逑Ｔ逡逑邐路徑平滑逡逑圖２．１航跡規(guī)劃步驟框圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｒａｃｋ邋ｐｌａｎｎｉｎｇ邋ｓｔｅｐ逡逑（１）

一是靜態(tài)威脅如巖石、廢墟等，二是突逡逑等效為圓椎體和長方體，在此不做描逡逑：逡逑ｄＦ邋＞邋ｒＦ逡逑式（２．６）逡逑，＾為第９（＾邋＝邋１，２，３，？）個火源逡逑離，ｄＦ＝ｙｌ（ｘｎ－ｘＦＪ＋（ｙｎ－ｙＦｇｆ，ｒＦ逡逑體比例。逡逑
【學位授予單位】：山東科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD76;TP301.6;TP212

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本文編號：2686178