【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)的進(jìn)步,近年來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展迅速。無(wú)人機(jī)具有適應(yīng)性強(qiáng),靈活便攜等優(yōu)勢(shì),在一定程度上可以替代有人作業(yè),以更高的效率和更低的成本完成工作任務(wù),對(duì)軍用和民用領(lǐng)域都有重要影響。無(wú)人機(jī)的航跡規(guī)劃就是根據(jù)任務(wù)目標(biāo)搜索出一條從源點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的飛行航跡,是無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題中的核心技術(shù)。航跡規(guī)劃算法基于是否已知全局地圖信息可以分為全局航跡規(guī)劃算法和局部實(shí)時(shí)航跡規(guī)劃算法,單一的全局規(guī)劃算法和局部規(guī)劃算法各有其優(yōu)劣,一般認(rèn)為,前者在尋找全局最優(yōu)解或者近似最優(yōu)解方面更具優(yōu)勢(shì),但不適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境下的實(shí)時(shí)航跡規(guī)劃問(wèn)題,后者可以與環(huán)境實(shí)時(shí)交互從而適應(yīng)變化環(huán)境,但缺乏全局最優(yōu)性。本文針對(duì)現(xiàn)有航跡規(guī)劃算法的缺點(diǎn)對(duì)蟻群算法作出改進(jìn),并和Dstar算法進(jìn)行結(jié)合,提出一種基于改進(jìn)蟻群和Dstar算法的混合式無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃算法。本文對(duì)無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃空間進(jìn)行劃分,建立了柵格地圖模型。系統(tǒng)探討了蟻群算法的原理、實(shí)現(xiàn)步驟,并分析了其優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)于已知全局環(huán)境信息的地圖,通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了經(jīng)典蟻群算法在復(fù)雜障礙物環(huán)境下存在的缺陷。針對(duì)這些問(wèn)題提出一種改進(jìn)蟻群算法。通過(guò)基于方向指導(dǎo)信息對(duì)信息素的初始分布進(jìn)行優(yōu)化,降低了算法搜索初期的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo);通過(guò)改進(jìn)信息素更新?lián)]發(fā)的規(guī)則提升了算法保留優(yōu)秀路徑信息的能力,加快蟻群算法收斂速度;提出一種新的基于區(qū)域安全的概率轉(zhuǎn)移策略,解決了經(jīng)典蟻群算法容易陷入局部死鎖的問(wèn)題,同時(shí)提高了任務(wù)規(guī)劃的成功率。最后,基于前文建立的柵格地圖模型對(duì)不同規(guī)模和復(fù)雜度的環(huán)境進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),通過(guò)和原算法對(duì)比證明了改進(jìn)蟻群算法具有顯著優(yōu)勢(shì)。針對(duì)單一航跡規(guī)劃算法方案中全局航跡規(guī)劃算法時(shí)效性和適應(yīng)性差,而局部航跡算法全局最優(yōu)性差的缺陷,在改進(jìn)蟻群算法的基礎(chǔ)上,考慮有突發(fā)障礙物的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)環(huán)境,設(shè)計(jì)了一種基于改進(jìn)蟻群和Dstar混合算法的航跡規(guī)劃方案。該算法首先利用蟻群群體智能的優(yōu)勢(shì)在靜態(tài)環(huán)境下輸出一條低開(kāi)銷(xiāo)的初始路徑,同時(shí)為應(yīng)對(duì)突發(fā)障礙引入Dstar算法,在遇到突發(fā)障礙物時(shí),可以進(jìn)行相應(yīng)的航跡修正,以便規(guī)避碰撞�；旌纤惴▋H在突發(fā)障礙物區(qū)域?qū)Τ跏悸窂竭M(jìn)行重構(gòu),而不需要對(duì)整條全局路徑進(jìn)行重新規(guī)劃,因此可以快速得到局部重規(guī)劃航跡。仿真部分將混合算法分別與改進(jìn)蟻群算法和Dstar算法比較,驗(yàn)證了混合算法通過(guò)有機(jī)的融合全局航跡規(guī)劃和局部實(shí)時(shí)航跡規(guī)劃方法,并充分利用了全局先驗(yàn)信息和局部后驗(yàn)信息,最終由混合算法計(jì)算獲得的航跡規(guī)劃路線(xiàn)兼顧了航跡最優(yōu)性和實(shí)時(shí)高效性。
【圖文】：

A 和 B 分別為被假設(shè)成橋的兩條點(diǎn)移動(dòng)�？梢钥吹�，，30 次實(shí)驗(yàn)后，蟻群是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)，兩座橋無(wú)信息素B 橋。當(dāng)橋的長(zhǎng)度相等時(shí)，兩橋上殘留到一些不可控因素的影響，更多螞蟻選比 B 橋更高，進(jìn)而使其他螞蟻也選擇 A的正反饋，使得螞蟻?zhàn)罱K選擇 A 橋的概

下航跡對(duì)比
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V279;TP18

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本文編號(hào)：2683011