本文關(guān)鍵詞：無人機雙機協(xié)同航跡規(guī)劃技術(shù)研究

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【摘要】：多架無人機協(xié)同合作能縮短任務(wù)執(zhí)行時間,提高任務(wù)完成質(zhì)量,讓機群優(yōu)勢得到充分發(fā)揮,是未來無人機發(fā)展的必然趨勢。隨著飛行環(huán)境的日益復(fù)雜,協(xié)同航跡規(guī)劃技術(shù)逐漸成為保障多無人機系統(tǒng)自主安全飛行的重要手段,具有非常重要的研究意義。本文主要研究兩架無人機巡航階段的協(xié)同航跡規(guī)劃技術(shù),以速度矢量場法為核心設(shè)計協(xié)同規(guī)劃算法,致力于快速為雙機生成安全可飛的航跡,并在規(guī)劃過程中實現(xiàn)雙機在空間和時間上的協(xié)同。首先,完成雙機協(xié)同關(guān)系的定義,明確了本文的研究目標;在二維空間中,對雙機協(xié)同規(guī)劃問題進行數(shù)學(xué)建模,建立了雙機協(xié)同控制模型,將規(guī)劃空間轉(zhuǎn)換為速度矢量場的作用空間,實現(xiàn)雙機編隊問題的數(shù)學(xué)描述。其次,設(shè)計了雙機協(xié)同控制方法,對原有的速度矢量場模型加以改進,將leader-follower法、Motor Schema結(jié)構(gòu)和速度矢量場法相融合,并修改了合速度的計算方法,將速度分量乘以可實時配置的控制參數(shù)后再進行矢量疊加,保證可以根據(jù)實際環(huán)境動態(tài)調(diào)整雙機的規(guī)劃速度。然后,在協(xié)同航跡規(guī)劃實現(xiàn)上,采用路標導(dǎo)引法解決速度矢量場陷阱問題;對無人機約束融合方法進行研究,實現(xiàn)無人機最小轉(zhuǎn)彎半徑約束和航跡免碰撞約束的融合;設(shè)計了臨時目標點選擇和探測步長調(diào)整兩種協(xié)調(diào)機制來保證雙機的協(xié)同關(guān)系;研究環(huán)境更新方法,采用局部更新策略,保證算法可以應(yīng)用于動態(tài)變化的環(huán)境。最后,設(shè)計了雙機協(xié)同規(guī)劃算法,并開發(fā)了仿真測試軟件,完成了對算法的仿真驗證。仿真結(jié)果表明:雙機協(xié)同規(guī)劃算法是合理可行的,快速性強,能夠有效地實現(xiàn)雙機的協(xié)同。
【關(guān)鍵詞】：無人機 協(xié)同航跡規(guī)劃 速度矢量場法 Leader-follower法 Motor Schema結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 研究背景和意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.1 航跡規(guī)劃系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀15
• 1.2.2 航跡規(guī)劃算法的發(fā)展與研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 多無人機協(xié)同航跡規(guī)劃國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀16
• 1.3 多無人機協(xié)同航跡規(guī)劃中的關(guān)鍵問題16-18
• 1.3.1 求解思路16-17
• 1.3.2 航跡協(xié)調(diào)方法17-18
• 1.4 論文主要內(nèi)容與章節(jié)安排18-20
• 第二章 無人機雙機協(xié)同航跡規(guī)劃問題描述20-27
• 2.1 引言20
• 2.2 雙機協(xié)同關(guān)系描述20-21
• 2.2.1 空間協(xié)同關(guān)系20-21
• 2.2.2 時間協(xié)同關(guān)系21
• 2.3 環(huán)境信息描述21-24
• 2.3.1 規(guī)劃空間描述22
• 2.3.2 規(guī)劃任務(wù)描述22
• 2.3.3 威脅描述22-24
• 2.4 無人機機動約束24-25
• 2.5 航跡表達25-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第三章 基于速度矢量場雙機航跡規(guī)劃建模27-43
• 3.1 引言27
• 3.2 常見的編隊控制問題27-30
• 3.2.1 典型隊形27-28
• 3.2.2 常用的編隊控制方法28-29
• 3.2.3 無人機間的通訊29-30
• 3.3 雙機協(xié)同控制模型30-31
• 3.3.1 雙機編隊描述30
• 3.3.2 雙機協(xié)同控制模型30-31
• 3.4 速度矢量場建模31-37
• 3.4.1 奔向目標速度模型32-33
• 3.4.2 保持隊形速度模型33
• 3.4.3 規(guī)避威脅速度模型33-36
• 3.4.4 躲避其他無人機速度模型36-37
• 3.5 速度分量控制參數(shù)產(chǎn)生函數(shù)37-39
• 3.5.1 奔向目標速度控制參數(shù)37
• 3.5.2 保持隊形速度控制參數(shù)37-38
• 3.5.3 規(guī)避威脅速度控制參數(shù)38
• 3.5.4 躲避其他無人機速度控制參數(shù)38-39
• 3.6 速度合成39-40
• 3.6.1 合速度計算39
• 3.6.2 決策模塊39-40
• 3.7 航跡生成40-41
• 3.7.1 速度歸一化40-41
• 3.7.2 航跡生成41
• 3.8 航跡評價指標41-42
• 3.9 本章小結(jié)42-43
• 第四章 雙機協(xié)同航跡規(guī)劃算法設(shè)計43-58
• 4.1 引言43
• 4.2 速度場陷阱43-44
• 4.2.1 陷阱問題描述43-44
• 4.2.2 陷阱解決方案44
• 4.3 無人機約束融合44-46
• 4.4 協(xié)調(diào)機制46-48
• 4.4.1 臨時目標選擇46-47
• 4.4.2 探測步長調(diào)整47-48
• 4.5 規(guī)劃算法設(shè)計48-56
• 4.5.1 初始化模塊51
• 4.5.2 環(huán)境更新模塊51-53
• 4.5.3 協(xié)同處理模塊53-54
• 4.5.4 航點迭代模塊54-56
• 4.6 算法快速性保障策略56-57
• 4.7 本章小結(jié)57-58
• 第五章 雙機協(xié)同航跡規(guī)劃仿真驗證58-76
• 5.1 引言58
• 5.2 仿真驗證軟件58-59
• 5.3 仿真實例與分析59-75
• 5.3.1 不同任務(wù)協(xié)同規(guī)劃驗證60-66
• 5.3.2 復(fù)雜威脅協(xié)同規(guī)劃驗證66-69
• 5.3.3 威脅更新協(xié)同規(guī)劃驗證69-74
• 5.3.4 結(jié)論74-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-78
• 參考文獻78-81
• 致謝81-82
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82

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