隨著無(wú)人機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用走向深水區(qū),對(duì)無(wú)人機(jī)自主完成地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤和監(jiān)視任務(wù)有了更高的要求。同時(shí)無(wú)人機(jī)和直升機(jī)的協(xié)同作業(yè)也在蓬勃發(fā)展。在協(xié)同直升機(jī)作業(yè)過(guò)程中,無(wú)人機(jī)需要為直升機(jī)提供目標(biāo)跟蹤和持續(xù)的激光引導(dǎo)�，F(xiàn)有的常規(guī)目標(biāo)跟蹤方法,可以較好的完成對(duì)地面目標(biāo)的跟蹤和監(jiān)視任務(wù)。但是持續(xù)的激光照射任務(wù),還鮮有報(bào)道。本文針對(duì)無(wú)人機(jī)跟蹤、監(jiān)視、并照射地面未知運(yùn)動(dòng)目標(biāo)過(guò)程中的無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃相關(guān)問(wèn)題,進(jìn)行了分析和研究。圍繞該問(wèn)題,我們主要做了以下工作:第一,調(diào)研了國(guó)內(nèi)外無(wú)人機(jī)對(duì)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤和監(jiān)視任務(wù)的應(yīng)用背景、任務(wù)意義和研究現(xiàn)狀,查閱了相關(guān)資料與文獻(xiàn),分析了現(xiàn)有方法和實(shí)際應(yīng)用之間的差距,找到了本文的發(fā)力點(diǎn);第二,針對(duì)現(xiàn)存方法無(wú)法保證照射角度的問(wèn)題,不同于常規(guī)方法那樣在目標(biāo)正上方飛行,本文采用無(wú)人機(jī)在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向一側(cè)盤(pán)旋的監(jiān)控方式。這種監(jiān)視方式的優(yōu)點(diǎn)主要是約束了無(wú)人機(jī)相對(duì)于目標(biāo)的方位角,從而可以對(duì)照射角的大小給出保證;第三,基于自適應(yīng)控制思想,提出了一個(gè)圓形跟蹤路徑規(guī)劃算法。該算法依靠無(wú)人機(jī)和目標(biāo)之間的距離和方位角信息,時(shí)刻監(jiān)控目標(biāo),以此規(guī)劃滿(mǎn)足監(jiān)視范圍需要的圓形跟蹤路徑。圓形跟蹤路徑規(guī)劃算法因?yàn)槠洳恍枰^對(duì)的位置信息,而擺脫了對(duì)GPS的依靠,更貼近工程實(shí)際。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)不會(huì)使無(wú)人機(jī)和目標(biāo)之間的估計(jì)距離超出要求的范圍,圓形跟蹤路徑規(guī)劃算法并不會(huì)產(chǎn)生新的圓形路徑。這意味著每一個(gè)圓形跟蹤路徑可以適應(yīng)一個(gè)范圍的目標(biāo)運(yùn)動(dòng),使得算法有較強(qiáng)的魯棒性;第四,在規(guī)劃好的圓形跟蹤路徑的基礎(chǔ)上,基于無(wú)人機(jī)的航向控制律,推導(dǎo)了轉(zhuǎn)移路徑段的路徑規(guī)劃算法。該算法在保證轉(zhuǎn)移路徑的曲率連續(xù)性前提下,規(guī)劃了圓形路徑間的轉(zhuǎn)移路徑。并通過(guò)算法適用范圍分析,給出了本路徑規(guī)劃算法(包括跟蹤路徑規(guī)劃算法和過(guò)渡段路徑規(guī)劃算法兩個(gè)部分)所能處理的應(yīng)用場(chǎng)景的邊界條件,得到了由監(jiān)視范圍、無(wú)人機(jī)速度和所能跟蹤的目標(biāo)速度范圍的邊界條件;第五,為了驗(yàn)證算法的實(shí)際效果,本算法通過(guò)MATLAB在自動(dòng)駕駛儀模型和某無(wú)人機(jī)真實(shí)飛行參數(shù)上進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。同時(shí)為了對(duì)比和常規(guī)方法的性能,在同等條件下,與一個(gè)典型的目標(biāo)跟蹤方法進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證了本文中路徑規(guī)劃算法對(duì)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤、監(jiān)視和照射任務(wù)的有效性。并在對(duì)本文方法總結(jié)的基礎(chǔ)之上,對(duì)未來(lái)進(jìn)行了展望。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：V279
【部分圖文】：

圖 1.1 任務(wù)場(chǎng)景示意圖6 論文的主要內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu)為了完成前面給出的主要任務(wù)，本論文提出了一種新的跟蹤方式：無(wú)人機(jī)始蹤目標(biāo)的一側(cè)飛行。圍繞這種跟蹤方式，本論文的主要內(nèi)容有(1) 根據(jù)已知信息和假設(shè)條件，對(duì)無(wú)人機(jī)和目標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建模；(2) 基于自適應(yīng)控制思想提出一個(gè)圓形跟蹤路徑規(guī)劃算法。根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)其圓心計(jì)算的條件，并對(duì)滿(mǎn)足條件下無(wú)人機(jī)圓形跟蹤路徑（在不引起歧義的下簡(jiǎn)稱(chēng)為圓形路徑）的圓心進(jìn)行計(jì)算，算法的輸出是新的圓形路徑的圓心坐(3) 在第二條內(nèi)容完成的基礎(chǔ)上，提出轉(zhuǎn)移路徑規(guī)劃算法。針對(duì)已經(jīng)確定的徑的圓心在考慮無(wú)人機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑和曲率連續(xù)的前提下計(jì)算出從當(dāng)前圓新圓形路徑的轉(zhuǎn)移航路點(diǎn)，以完成從圓形路徑到圓形路徑的轉(zhuǎn)移。并對(duì)本論徑規(guī)劃算法進(jìn)行適用范圍分析，給出由監(jiān)視范圍、無(wú)人機(jī)速度和目標(biāo)速度所

圖 2.1 全局坐標(biāo)系和飛機(jī)坐標(biāo)系示意圖(2) 水平投影坐標(biāo)系由于目標(biāo)平動(dòng)于平板地球，無(wú)人機(jī)保持高度恒定不變，因此不用考慮在全局坐中的 軸方向的運(yùn)動(dòng)。故將無(wú)人機(jī)和目標(biāo)向全局坐標(biāo)系的 平面投影，以建平投影坐標(biāo)系。如圖 2.2 所示，水平投影坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn) 與全局坐標(biāo)系原點(diǎn) ， 軸正方向和 軸正方向相同， 軸正方向和 正方向相同。

圖 2.1 全局坐標(biāo)系和飛機(jī)坐標(biāo)系示意圖坐標(biāo)系于平板地球，無(wú)人機(jī)保持高度恒定不變，因此不運(yùn)動(dòng)。故將無(wú)人機(jī)和目標(biāo)向全局坐標(biāo)系的 如圖 2.2 所示，水平投影坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn) 與全 軸正方向相同， 軸正方向和 正方向相同。
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本文編號(hào)：2869247