對(duì)地面目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤是無人機(jī)的重要應(yīng)用之一,在軍事和民用領(lǐng)域皆有廣泛的應(yīng)用前景,具有十分重要的理論意義和工程價(jià)值。本文以固定翼無人機(jī)為研究對(duì)象,運(yùn)用微分幾何理論,分別設(shè)計(jì)了無人機(jī)過頂跟蹤和定距跟蹤的制導(dǎo)律,并且提出了一種基于Leader-Follower編隊(duì)模式的多無人機(jī)協(xié)同跟蹤制導(dǎo)律。本文研究的前提是無人機(jī)內(nèi)回路控制系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)完成且能很好的響應(yīng)外回路的制導(dǎo)指令,同時(shí)存在一個(gè)地面目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)指示系統(tǒng)(GMTI)用于實(shí)時(shí)獲取地面目標(biāo)的位置、航向、速度等狀態(tài)信息。首先,本文對(duì)過頂跟蹤和定距跟蹤分別進(jìn)行了分析和建模。采用二維運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并結(jié)合微分幾何曲線理論中的Frenet-Serret(弗雷涅-塞雷)標(biāo)架分別搭建了無人機(jī)過頂跟蹤和定距跟蹤3DOF數(shù)學(xué)模型;在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了無人機(jī)過頂跟蹤和定距跟蹤制導(dǎo)律并完成了穩(wěn)定性分析,且分別針對(duì)靜止、勻速直線和變速變向的地面目標(biāo)進(jìn)行了Matlab/Simulink下的仿真驗(yàn)證;最后,將兩種跟蹤模式的制導(dǎo)律在形式上進(jìn)行了統(tǒng)一,以適用于不同的跟蹤對(duì)象。其次,在單機(jī)跟蹤制導(dǎo)律的基礎(chǔ)上,研究了多架無人機(jī)協(xié)同定距跟蹤地面目標(biāo)的制導(dǎo)問題。提出了一種新型基于Leade...

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
注釋表
縮略詞
第一章 緒論
    1.1 無人機(jī)的概述及發(fā)展
    1.2 課題研究背景與意義
        1.2.1 課題研究背景
        1.2.2 課題研究目的和意義
    1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 單機(jī)制導(dǎo)律設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀
        1.3.2 無人機(jī)協(xié)同跟蹤研究現(xiàn)狀
        1.3.3 無人機(jī)仿真驗(yàn)證環(huán)境研究現(xiàn)狀
    1.4 課題研究?jī)?nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)
    1.5 論文章節(jié)安排
第二章 無人機(jī)跟蹤地面目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析與建模
    2.1 引言
    2.2 無人機(jī)跟蹤過程分析
    2.3 坐標(biāo)系的定義和轉(zhuǎn)換
    2.4 無人機(jī)模型
        2.4.1 六自由度(6DOF)模型
        2.4.2 二維運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
    2.5 單機(jī)跟蹤地面目標(biāo)數(shù)學(xué)模型
        2.5.1 Frenet-Serret標(biāo)架
        2.5.2 二維Frenet-Serret標(biāo)架下的數(shù)學(xué)關(guān)系
        2.5.3 無人機(jī)期望相對(duì)速度分析
    2.6 無人機(jī)協(xié)同跟蹤地面目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析
        2.6.1 Leader-Follower編隊(duì)模式
        2.6.2 基于Leader-Follower編隊(duì)的多無人機(jī)運(yùn)動(dòng)模型
    2.7 本章小結(jié)
第三章 無人機(jī)單機(jī)跟蹤制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
    3.1 引言
    3.2 無人機(jī)過頂跟蹤制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
        3.2.1 無人機(jī)過頂跟蹤問題概述
        3.2.2 基于視線角的無人機(jī)過頂跟蹤制導(dǎo)律
        3.2.3 新型過頂跟蹤制導(dǎo)律
            3.2.3.1 基于微分幾何的過頂跟蹤數(shù)學(xué)關(guān)系
            3.2.3.2 新型過頂跟蹤制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
            3.2.3.3 仿真結(jié)果與性能分析
    3.3 無人機(jī)定距跟蹤制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
        3.3.1 無人機(jī)定距跟蹤問題概述
        3.3.2 基于側(cè)方位角(Sidebearingangle)的定距跟蹤地面目標(biāo)制導(dǎo)律
        3.3.3 新型定距跟蹤地面目標(biāo)制導(dǎo)律
            3.3.3.1 基于微分幾何的定距跟蹤數(shù)學(xué)關(guān)系
            3.3.3.2 新型定距跟蹤制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
            3.3.3.3 仿真結(jié)果與性能分析
    3.4 統(tǒng)一形式的地面目標(biāo)跟蹤制導(dǎo)律
        3.4.1 統(tǒng)一形式地面目標(biāo)跟蹤制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
        3.4.2 統(tǒng)一形式地面目標(biāo)跟蹤制導(dǎo)律穩(wěn)定性分析
        3.4.3 仿真結(jié)果與性能分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 多無人機(jī)協(xié)同跟蹤制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 無人機(jī)協(xié)同跟蹤問題概述
    4.3 基于Lyapunov向量場(chǎng)的無人機(jī)協(xié)同制導(dǎo)律
    4.4 新型協(xié)同跟蹤地面目標(biāo)制導(dǎo)律
        4.4.1 多機(jī)協(xié)同跟蹤運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)關(guān)系
        4.4.2 多機(jī)協(xié)同跟蹤制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
    4.5 仿真結(jié)果與性能分析
        4.5.1 靜止目標(biāo)仿真
        4.5.2 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)仿真
        4.5.3 制導(dǎo)律性能分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 綜合仿真驗(yàn)證環(huán)境設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 仿真驗(yàn)證環(huán)境架構(gòu)及設(shè)計(jì)目標(biāo)
    5.3 多機(jī)遙控遙測(cè)軟件設(shè)計(jì)
        5.3.1 無人機(jī)遙控與遙測(cè)概述
        5.3.2 遙控遙測(cè)軟件的開發(fā)
            5.3.2.1 開發(fā)目標(biāo)及開發(fā)環(huán)境
            5.3.2.2 多機(jī)遙控遙測(cè)軟件設(shè)計(jì)界面
        5.3.3 多無人機(jī)遙控與遙測(cè)協(xié)議設(shè)計(jì)
            5.3.3.1 通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
            5.3.3.2 編隊(duì)上行數(shù)據(jù)幀
            5.3.3.3 編隊(duì)下行數(shù)據(jù)幀
            5.3.3.4 地面站與長(zhǎng)僚機(jī)通信IP地址與端口設(shè)定
        5.3.4 多無人機(jī)機(jī)間鏈路協(xié)議設(shè)計(jì)
            5.3.4.1 機(jī)間鏈通信數(shù)據(jù)幀
            5.3.4.2 機(jī)間鏈長(zhǎng)僚機(jī)通信IP地址與端口設(shè)定
    5.4 無人機(jī)二維航跡顯示軟件設(shè)計(jì)
        5.4.1 ArcGIS地理信息系統(tǒng)
        5.4.2 ArcgisEngine技術(shù)
        5.4.3 用戶界面總體規(guī)劃
        5.4.4 系統(tǒng)功能框架設(shè)計(jì)
        5.4.5 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)過程
    5.5 本章小結(jié)
第六章 六自由度模型實(shí)時(shí)綜合仿真驗(yàn)證
    6.1 引言
    6.2 仿真驗(yàn)證環(huán)境
    6.3 六自由度模型仿真驗(yàn)證
        6.3.1 仿真驗(yàn)證方案
        6.3.2 仿真驗(yàn)證結(jié)果
    6.4 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 論文主要工作內(nèi)容總結(jié)
    7.2 論文后續(xù)工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號(hào)：3754895