【摘要】：多旋翼無人機具有可垂直起降、機動性強、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、安全性高等優(yōu)點,在軍事偵察、氣象勘測、搶險救災(zāi)、管道探測等方面具有重大的實用價值和廣闊的發(fā)展前景。本文就航跡規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)中關(guān)鍵的問題開展深入的研究,目標(biāo)是開發(fā)一套具備航跡規(guī)劃、視景顯示和狀態(tài)監(jiān)測功能的地面監(jiān)控系統(tǒng)。借鑒國內(nèi)外知名的研究成果,并結(jié)合主流的技術(shù),確定了研究思路：首先利用地形模擬和威脅建模的方法構(gòu)建飛行環(huán)境,并在此基礎(chǔ)之上,分別利用稀疏A*算法和基于正交策略的粒子群算法對多旋翼無人機的航跡進(jìn)行規(guī)劃,最后,模塊化設(shè)計地面監(jiān)控系統(tǒng)。在航跡規(guī)劃方面,將飛行約束和環(huán)境威脅因素納入搜索策略中,有效地裁剪搜索空間,給出了一種適用于三維航跡規(guī)劃的稀疏A*算法。在合理設(shè)計代價函數(shù)之后,給出了基于稀疏A*算法的三維航跡規(guī)劃的仿真結(jié)果。在分析比較了全局版本和局部版本的粒子群算法之后,給出了一種用正交試驗提高算法穩(wěn)定性和收斂速度的改進(jìn)策略。同樣地,仿真實現(xiàn)了基于正交策略的粒子群算法的三維航跡規(guī)劃。在軟件設(shè)計方面,為提高系統(tǒng)的靈活性與兼容性,采用模塊化的設(shè)計思想搭建了基于MFC的地面監(jiān)控界面。地面監(jiān)控界面中設(shè)計了通信控制模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、命令控制模塊、數(shù)據(jù)保存模塊和航跡規(guī)劃模塊。航跡規(guī)劃模塊采用Google map API實現(xiàn)地圖定位,并將運行于MATLAB的規(guī)劃算法封裝成COM組件加載到航跡規(guī)劃模塊中。3D視景顯示模塊采用UDP通信實現(xiàn)FlightGear與地面監(jiān)控界面的數(shù)據(jù)交互。經(jīng)過測試,軟件能夠?qū)崿F(xiàn)航跡規(guī)劃、視景顯示、狀態(tài)監(jiān)控的功能。
[Abstract]:Multi-rotor UAV has the advantages of vertical take-off and landing, strong maneuverability, simple structure, low cost and high security, etc., in military reconnaissance, meteorological survey, emergency and disaster relief. Pipeline detection has great practical value and broad development prospect. In this paper, the key problems in track planning and monitoring system are deeply studied, and the goal is to develop a set of ground monitoring system with track planning, visual display and condition monitoring functions. Drawing lessons from the well-known research results at home and abroad, combined with the mainstream technology, the research ideas are determined: firstly, the flight environment is constructed by using the methods of terrain simulation and threat modeling, and on this basis, Sparse A* algorithm and particle swarm optimization algorithm based on orthogonal strategy are used to plan the track of multi-rotor UAV respectively. finally, the ground monitoring system is designed by modularization. In the aspect of track planning, flight constraints and environmental threat factors are brought into the search strategy, and the search space is effectively clipped, and a sparse A * algorithm suitable for 3D track planning is proposed. After reasonably designing the cost function, the simulation results of 3D track planning based on sparse A * algorithm are given. After analyzing and comparing the global version and the local version of particle swarm optimization algorithm, an improved strategy to improve the stability and convergence speed of the algorithm by orthogonal experiment is proposed. Similarly, the 3D track planning of particle swarm optimization algorithm based on orthogonal strategy is realized by simulation. In the aspect of software design, in order to improve the flexibility and compatibility of the system, a ground monitoring interface based on MFC is built by using modular design idea. The communication control module, data display module, command control module, data saving module and track planning module are designed in the ground monitoring interface. The track planning module uses Google map API to realize map location, and encapsulates the planning algorithm running on MATLAB into COM component and loads it into the track planning module. 3D visual display module uses UDP communication to realize the data interaction between FlightGear and ground monitoring interface. After testing, the software can realize the functions of track planning, visual display and state monitoring.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V279;TP18

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本文編號：2492220