【摘要】：隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)人機(jī)已廣泛應(yīng)用于軍用和民用領(lǐng)域。與單無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)相比,采用不同的編隊(duì)隊(duì)形執(zhí)行不同任務(wù)不僅可以大大提升執(zhí)行任務(wù)的效率同時(shí)可以提高執(zhí)行任務(wù)的可靠性。本文對(duì)編隊(duì)無(wú)人機(jī)的航路規(guī)劃、隊(duì)形保持與控制、航路跟蹤進(jìn)行了研究。首先,以F450四旋翼無(wú)人機(jī)為例,分析了F450四旋翼無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)和飛行原理,利用牛頓-歐拉法建立并推導(dǎo)出了F450四旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。針對(duì)編隊(duì)無(wú)人機(jī)的三維路徑規(guī)劃、隊(duì)形保持的策略研究中,首先,將無(wú)人機(jī)視為質(zhì)點(diǎn)模型;然后論文介紹了經(jīng)典的二維局部FRAS靜態(tài)人工勢(shì)能場(chǎng),并建立了改進(jìn)的3DAPF。在此基礎(chǔ)上,論文結(jié)合約束動(dòng)力學(xué)理論,通過(guò)引入拉格朗日乘子建立了三維虛擬力環(huán)境下基于約束動(dòng)力學(xué)理論的無(wú)人機(jī)編隊(duì)路徑規(guī)劃與隊(duì)形保持算法。針對(duì)編隊(duì)無(wú)人機(jī)對(duì)規(guī)劃航路的跟蹤問(wèn)題,結(jié)合已規(guī)劃的航路曲線和F450四旋翼無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,提出了新的無(wú)人機(jī)軌跡跟蹤算法。首先,論文根據(jù)對(duì)軌跡跟蹤的約束要求,介紹并推導(dǎo)了經(jīng)典的LQR軌跡跟蹤算法,然后結(jié)合反步控制(Backstepping)與Sigma-Pi神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提出基于BSP-ANN(反步神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))的無(wú)人機(jī)航路跟蹤算法。最后,采用不同跟蹤方法對(duì)已規(guī)劃航路進(jìn)行仿真驗(yàn)證和對(duì)比分析。最后,針對(duì)以上所提出的算法,給出了基于ARM與UWB定位的無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行驗(yàn)證平臺(tái)方案,論文給出了整個(gè)平臺(tái)的整個(gè)平臺(tái)的方案、系統(tǒng)組成與工作原理、飛控平臺(tái)的搭建、地面測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)以及器件的選取等內(nèi)容。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V249;V279
【圖文】：

編隊(duì)無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃與軌跡跟蹤技術(shù)研究區(qū)域全方位數(shù)據(jù)信息獲取方面，采用多機(jī)協(xié)同編隊(duì)的方式執(zhí)行既定偵察、搜索等任務(wù)時(shí)，由于編隊(duì)中的每個(gè)無(wú)人機(jī)攜帶著與任務(wù)相對(duì)應(yīng)的偵測(cè)機(jī)載設(shè)備，每個(gè)機(jī)載偵測(cè)設(shè)備都可以對(duì)指定的目標(biāo)區(qū)域從不同的角度完成數(shù)據(jù)采集和信息融合等功能。通過(guò)編隊(duì)無(wú)人機(jī)之間的數(shù)據(jù)共享，根據(jù)不同角度的數(shù)據(jù)信息可完成不同角度下的目標(biāo)區(qū)域三維立體信息，從而使地面人員可以全方位的分析整個(gè)目標(biāo)區(qū)域的態(tài)勢(shì)。最終，可有效提高探測(cè)信息的逼真度從而更詳細(xì)的獲取目標(biāo)點(diǎn)的全部信息，增強(qiáng)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)地識(shí)別能力[8]。最后在執(zhí)行空間中警戒、目標(biāo)敵機(jī)驅(qū)離等任務(wù)方面，采用多機(jī)編隊(duì)對(duì)入侵目標(biāo)進(jìn)行伴飛來(lái)完成目標(biāo)的驅(qū)離，同時(shí)對(duì)目標(biāo)能夠起到很好的震懾作用。在執(zhí)行空地、空空目標(biāo)打擊時(shí)，采用多機(jī)編隊(duì)可顯著提高載彈量同時(shí)從不同的方向?qū)δ繕?biāo)點(diǎn)進(jìn)行打擊，擴(kuò)大了打擊范圍，增強(qiáng)了對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的威脅的毀傷能力，還可以提高了無(wú)人機(jī)的突防能力。在無(wú)人機(jī)進(jìn)行編隊(duì)飛行執(zhí)行相關(guān)的任務(wù)時(shí)，要求編隊(duì)中各個(gè)無(wú)人機(jī)相互之間保持特定的姿態(tài)與位置關(guān)系，以編隊(duì)隊(duì)形來(lái)很好的完成指定的任務(wù)[9]。多無(wú)人機(jī)保持特定的編隊(duì)隊(duì)形的實(shí)際飛行效果，如圖 1.1 所示。

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文無(wú)人機(jī)最先完成了無(wú)人機(jī)的地面遙控的雙機(jī)編隊(duì)飛行。相比較于美國(guó)無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的研究，英國(guó)空軍的研究相對(duì)稍遲一點(diǎn)，他們將有人機(jī)與無(wú)人機(jī)相結(jié)合于 2007 年完成了模擬協(xié)同作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)。最終完成了采用一架經(jīng)過(guò)改裝的“狂風(fēng)”戰(zhàn)斗轟炸機(jī)指揮 3 架“模擬機(jī)”（由 BAC-111 改裝），對(duì)地面移動(dòng)目標(biāo)實(shí)施了模擬攻擊。隨著“全球鷹”無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，憑借著“全球鷹”無(wú)人機(jī)的優(yōu)異性能，美國(guó)空軍再一次領(lǐng)跑無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行領(lǐng)域，美國(guó)空軍于 2012 年采用兩架無(wú)人機(jī)完成了雙機(jī)編隊(duì)加油試驗(yàn)。至此，“全球鷹”無(wú)人機(jī)完成雙機(jī)編隊(duì)空中自助加油試驗(yàn)標(biāo)志著美國(guó)在無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行與協(xié)同執(zhí)行任務(wù)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和突破性的進(jìn)展，在無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行方面美國(guó)再一次領(lǐng)跑世界。美國(guó)在無(wú)人機(jī)編隊(duì)協(xié)同方面取得的成果極大地刺激了法國(guó)。于是法國(guó)達(dá)索公司在 2014 年結(jié)合無(wú)人機(jī)和有人機(jī)，將陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)、獵鷹公務(wù)機(jī)以及神經(jīng)元無(wú)人機(jī)進(jìn)行組合，完成了有人機(jī)（無(wú)人機(jī)）協(xié)同編隊(duì)飛行的試驗(yàn)畫(huà)面。特別是神經(jīng)元飛機(jī)在編隊(duì)飛行中所展現(xiàn)的密集編隊(duì)能力，充分說(shuō)明了法國(guó)在無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行方面的技術(shù)實(shí)力和系統(tǒng)操作能力。另外，美國(guó)計(jì)劃于 2020 年將編隊(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)成熟運(yùn)用于大規(guī)模對(duì)地打擊、空中偵察等戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 廖衛(wèi)中;宗群;馬亞麗;;小型四旋翼無(wú)人機(jī)建模與有限時(shí)間控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年10期

2 魏青銅;陳謀;吳慶憲;;輸入飽和與姿態(tài)受限的四旋翼無(wú)人機(jī)反步姿態(tài)控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年10期

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本文編號(hào)：2723581