【摘要】：現(xiàn)代戰(zhàn)爭對無人機的任務(wù)要求越來越高,由于單架無人機固有的性能約束,多無人機協(xié)同編隊越來越受到關(guān)注,而作為協(xié)同編隊的前提,多無人機協(xié)同編隊集結(jié)一直是人們的重點研究對象。本文對多無人機協(xié)同編隊集結(jié)問題進行了分析,針對其中的航跡規(guī)劃、時間協(xié)同、實時避障和路徑實時調(diào)整問題進行了研究,提出了對應(yīng)的優(yōu)化方案。針對航跡規(guī)劃問題,提出了適用于該問題的改進的元胞遺傳算法—基于人才引進策略的元胞遺傳算法,詳細介紹了該算法的改進思路和算法步驟,對該優(yōu)化算法的性能進行了測試與分析,證明了算法的有效性。隨后給出了基于該算法的無人機航跡規(guī)劃詳細步驟,對其中的初始航跡的生成、目標函數(shù)的設(shè)計、遺傳進化過程(引進、選擇、交叉、變異)的具體操作以及生成航跡的平滑處理進行了研究。針對時間協(xié)同航跡規(guī)劃,設(shè)計了2種協(xié)同航跡規(guī)劃方案。其中,備選航跡協(xié)同方案在規(guī)劃可行時能夠保證協(xié)同航跡的總代價值最小,二次規(guī)劃協(xié)同方案使各無人機間的航程和飛行速度基本一致。針對無人機飛行過程中的速度調(diào)整,給出了在線協(xié)同速度調(diào)整策略,并進一步進行優(yōu)化,設(shè)計了無人機無法建立通信時的離線輔助速度調(diào)整方案。針對實時避障問題,提出了基于邏輯回歸(LR)曲線的實時避障策略。根據(jù)LR曲線的平滑性和形狀可調(diào)性,證明了其作為避障曲線的可行性,給出了曲線參數(shù)的選取條件,設(shè)計了多種情況下的LR曲線生成方法。針對速度調(diào)整策略受限下的實時路徑調(diào)整問題,給出了多段圓弧路徑調(diào)整方案,該方案在進一步保證時間協(xié)同性的基礎(chǔ)上保證了速度的協(xié)同性。隨后,對應(yīng)于該方案的多段圓弧路徑,設(shè)計了便于圓弧跟蹤的時變向量場導(dǎo)引方案,給出了向量場構(gòu)建方法并對其穩(wěn)定性進行了證明。最后,本文進行了基于多無人機協(xié)同編隊集結(jié)的仿真試驗,驗證了本文針對各項待優(yōu)化問題所提出的優(yōu)化方案的可行性和有效性。
【圖文】：

圖 3.1 元胞自動機基本構(gòu)成圖空間間是構(gòu)成元胞自動機的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)模型的維數(shù)不定，可以根據(jù)需要進體的研究當(dāng)中，為了減小問題復(fù)雜度，通常采用二維元胞空間結(jié)構(gòu)，常的三種結(jié)構(gòu)模型[69] 三角形網(wǎng)格 （b）四邊形網(wǎng)格 （c）六邊形圖 3.2 二維元胞空間結(jié)構(gòu)胞空間結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用當(dāng)中各有優(yōu)缺點[70]

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文13圖 3.1 元胞自動機基本構(gòu)成圖3.2.2 元胞空間元胞空間是構(gòu)成元胞自動機的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)模型的維數(shù)不定，可以根據(jù)需要進行任意進行劃分 在具體的研究當(dāng)中，為了減小問題復(fù)雜度，通常采用二維元胞空間結(jié)構(gòu)，常用結(jié)構(gòu)有如圖 3.2 所示的三種結(jié)構(gòu)模型[69] （a）三角形網(wǎng)格 （b）四邊形網(wǎng)格 （c）六邊形網(wǎng)格圖 3.2 二維元胞空間結(jié)構(gòu)三種元胞空間結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用當(dāng)中各有優(yōu)缺點[70] 在三角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，元胞單元的邊界線只有三條，以至于其鄰居數(shù)目會相對較少，在解決某些問題時具有很好的適用性，但在實際應(yīng)用中需要利用計算機進行顯示時，卻需要將其轉(zhuǎn)化為四邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，處理起來不夠便捷 四邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是方便靈活，可以很方便地在計算機環(huán)境下進行有效的描述與顯示 但是其缺點也很明顯，不能夠完全模擬出各向同性的現(xiàn)象，即對于空間中某一元胞單元而言，其 上 下 左 右 四個正方向與其 左上 左下 右上 右下 四個側(cè)方向的距離是不同的 六邊形網(wǎng)格能夠很好地彌補四邊形網(wǎng)格的缺點，，對于任意一個六邊形單元而言，其與相鄰的六個單元之
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP18;V279;V249

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 魚佳欣;李剛;李東濤;李文君;;改進量子遺傳算法在無人機航跡規(guī)劃中的應(yīng)用[J];計算機仿真;2015年05期

2 白瑞光;孫鑫;陳秋雙;全雄文;;基于Gauss偽譜法的多UAV協(xié)同航跡規(guī)劃[J];宇航學(xué)報;2014年09期

3 鄔琦;潘廣貞;楊江濤;;基于Voronoi圖和動態(tài)自適應(yīng)蟻群算法的UAV航跡規(guī)劃[J];計算機測量與控制;2014年09期

4 郜晨;甄子洋;龔華軍;;雷達威脅環(huán)境下的多無人機協(xié)同航跡規(guī)劃[J];應(yīng)用科學(xué)學(xué)報;2014年03期

5 王國強;羅賀;胡笑旋;馬華偉;;無人機編隊管理的研究綜述[J];電光與控制;2013年08期

6 王懌;祝小平;周洲;;一種基于Clothoid曲線的無人機路徑規(guī)劃算法[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2012年06期

7 肖自兵;袁冬莉;屈耀紅;;基于A~*定長搜索算法的多無人機協(xié)同航跡規(guī)劃[J];飛行力學(xué);2012年01期

8 郭健;侯中喜;魏艷艷;高顯忠;;基于無人機機動性能約束的航跡規(guī)劃方法[J];計算機與信息技術(shù);2011年12期

9 徐美清;孫晨亮;;基于柵格地圖的遺傳算法路徑規(guī)劃[J];科技信息;2011年31期

10 張超群;鄭建國;錢潔;;遺傳算法編碼方案比較[J];計算機應(yīng)用研究;2011年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 劉超;無人機協(xié)同編隊隊形保持控制算法研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2016年

2 王廣闊;小型無人機控制系統(tǒng)設(shè)計及航跡規(guī)劃研究[D];北京理工大學(xué);2016年

3 嚴建林;基于進化算法無人機航路規(guī)劃技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

4 甘濤;元胞自動機與現(xiàn)代科學(xué)中的計算主義[D];中國人民大學(xué);2005年

本文編號：2594854