【摘要】：隨著無人機(jī)自動(dòng)化和智能化水平的提高,無人機(jī)在民用和軍事活動(dòng)中的應(yīng)用越來越廣泛。由于無人機(jī)飛行環(huán)境與任務(wù)的日益復(fù)雜,單架無人機(jī)有限的飛行與負(fù)荷能力很難獨(dú)自完成任務(wù),無人機(jī)集群協(xié)同作業(yè)則更符合現(xiàn)代化背景下的作業(yè)要求,而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)集群協(xié)同作業(yè)的關(guān)鍵是解決集群內(nèi)的避讓問題。針對(duì)上述問題,本文提出基于節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的無人機(jī)集群限定區(qū)域內(nèi)自主飛行避讓策略,并展開了相關(guān)的節(jié)能性路徑規(guī)劃、二維及三維限定區(qū)域內(nèi)無人機(jī)集群避讓策略的制定及模擬實(shí)現(xiàn)等工作。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)針對(duì)多約束條件下的無人機(jī)路徑規(guī)劃及避障問題,提出一種基于改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法的節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法。該算法利用環(huán)境信息生成預(yù)規(guī)劃路徑從而增加路徑的連貫性,并在代價(jià)函數(shù)中新加入能耗這一因素,使得算法所得路徑均是在保證無人機(jī)安全性和物理約束情況下的最節(jié)能路徑。模擬結(jié)果表明該算法克服了傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法的不足,在不同的飛行環(huán)境下均能夠規(guī)劃出安全、平滑、節(jié)能的路徑,有效避開障礙物,并且具有較好的適應(yīng)性。(2)提出了基于節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的避讓策略,并與基于二次決策的避讓策略進(jìn)行二維限定區(qū)域內(nèi)無序飛行的模擬對(duì)比�；诙螞Q策的避讓策略綜合了右側(cè)策略和按區(qū)域制定的避讓策略,有效降低了無人機(jī)在區(qū)域邊界處的碰撞概率�；诠�(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的避讓策略通過綜合調(diào)節(jié)目標(biāo)點(diǎn)選擇距離L、安全調(diào)節(jié)因子ωsaf、平滑調(diào)節(jié)因子ωsmo及節(jié)能調(diào)節(jié)因子ωene,可在增加較少機(jī)動(dòng)能耗的情況下有效降低碰撞概率。通過仿真對(duì)比可知,基于節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的避讓策略在碰撞概率減少率和策略運(yùn)算時(shí)間等方面均優(yōu)于基于二次決策的避讓策略。(3)針對(duì)三維限定區(qū)域內(nèi)無人機(jī)集群自主飛行避讓問題,提出基于節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的三維避讓策略。該三維避讓策略在追求低碰撞率的同時(shí)考慮集群的整體能耗,通過調(diào)節(jié)策略參數(shù)可調(diào)整集群的碰撞概率與整體能耗,從而找出集群碰撞概率與整體能耗均較優(yōu)的平衡點(diǎn)。仿真結(jié)果表明,與無避讓策略時(shí)相比,該避讓策略通過增加約14.73%的機(jī)動(dòng)能耗可減少集群內(nèi)約9.21%的碰撞沖突和約80.29%的碰撞。
【圖文】：

邐（ｂ）概率圖法邐（ｃ）人工勢(shì)場(chǎng)法逡逑圖１．１路徑規(guī)劃算法的航跡圖逡逑１．２．１．２編隊(duì)控制逡逑為了彌補(bǔ)單架無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)的不足，提高無人機(jī)的任務(wù)完成效率，無人機(jī)的編隊(duì)控逡逑制越來越受到國(guó)外學(xué)者的重視。２０１１年，，Ｌｏｗ等人提出了一種靈活的虛擬結(jié)構(gòu)（Ｖ－Ｓ）編隊(duì)控逡逑制方案，該方案采用彈性虛擬結(jié)構(gòu)是的無人機(jī)編隊(duì)在轉(zhuǎn)彎時(shí)更加平穩(wěn)，路徑更為平滑［２４］。２０１２逡逑２逡逑

（ａ）邋“Ｘ”邋型邐（ｂ）邋“十”型逡逑圖２．邋１無人機(jī)簡(jiǎn)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)逡逑機(jī)是依靠四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)各種飛同，相鄰的旋翼旋轉(zhuǎn)方向相反，這樣的安裝方式使得機(jī)
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279;TP301.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2653133