本文關(guān)鍵詞：多無人機(jī)編隊(duì)在線協(xié)同航路規(guī)劃方法研究

  更多相關(guān)文章： 多無人機(jī)編隊(duì) 航路規(guī)劃 分段原理 回環(huán)力 分層勢場法

【摘要】：伴隨著現(xiàn)代高新科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展和軍事政治需求的不斷增大,運(yùn)用多智能體路徑規(guī)劃算法開展多無人機(jī)編隊(duì)航路規(guī)劃研究,已成為近年來的研究熱點(diǎn)之一。目前,為提高現(xiàn)代戰(zhàn)場適應(yīng)性和生存能力,無人機(jī)尤為需要面對突發(fā)威脅的動(dòng)態(tài)航路規(guī)劃能力。人工勢場法作為一種常用的多智能體路徑規(guī)劃算法,具有實(shí)時(shí)性好、規(guī)劃速度快的特點(diǎn)。然而,其應(yīng)用于多無人機(jī)編隊(duì)航路規(guī)劃時(shí),存在目標(biāo)不可達(dá)、易陷入局部極小值、無法維持編隊(duì)隊(duì)形和缺少航路評價(jià)機(jī)制等問題。本文針對這些問題,對傳統(tǒng)人工勢場法進(jìn)行改進(jìn),提出了一種無人機(jī)航路規(guī)劃的分層勢場法,并將其用于多無人機(jī)編隊(duì)航路動(dòng)態(tài)規(guī)劃,開展了海戰(zhàn)環(huán)境下的多無人機(jī)編隊(duì)航路規(guī)劃數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.研究了戰(zhàn)場中威脅因素和環(huán)境因素的建模方法。該方法根據(jù)敵方航母編隊(duì)的防御體系,將多無人機(jī)編隊(duì)在線協(xié)同航路規(guī)劃過程中,存在的威脅因素歸納為探測威脅和火力威脅兩大類,同時(shí)考慮了戰(zhàn)場空間中的環(huán)境因素。為了方便驗(yàn)證所提出的航路規(guī)劃算法,對模型進(jìn)行了簡化處理,為多無人機(jī)在海戰(zhàn)環(huán)境下的航路規(guī)劃仿真研究奠定了基礎(chǔ)。2.在分析傳統(tǒng)人工勢場法模型的基礎(chǔ)上,提出了應(yīng)用于無人機(jī)航路規(guī)劃的改進(jìn)勢場法。通過采用分段原理對傳統(tǒng)的勢場函數(shù)進(jìn)行修正,解決傳統(tǒng)人工勢場法的目標(biāo)不可達(dá)問題;通過在合力的計(jì)算中引入“回環(huán)力”,克服傳統(tǒng)人工勢場法易收斂到局部極小值的缺陷;通過在合力的計(jì)算中引入無人機(jī)間的作用力,解決無人機(jī)編隊(duì)飛行時(shí)的相互碰撞問題以及隊(duì)形無法維持問題。通過仿真驗(yàn)證經(jīng)過改進(jìn)的勢場法取得了良好的效果。3.在上述改進(jìn)的勢場法基礎(chǔ)上,引入航路評價(jià)機(jī)制,提出了應(yīng)用于無人機(jī)航路規(guī)劃的分層勢場法。以上述改進(jìn)的勢場法為核心,結(jié)合分層思想建立多層次多方位的航路點(diǎn)陣。將路徑最短和所受威脅最小作為目標(biāo),把航路規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)優(yōu)化問題。為了便于求解,進(jìn)一步通過加權(quán)將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題,折中選取權(quán)值從航路點(diǎn)陣中選取最佳航路點(diǎn),最終生成航路彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工勢場法無法判別航路優(yōu)劣的缺陷。通過選取不同的目標(biāo)權(quán)值進(jìn)行數(shù)值仿真,驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。同時(shí),將傳統(tǒng)人工勢場法、改進(jìn)的勢場法和分層勢場法進(jìn)行對比仿真實(shí)驗(yàn),仿真結(jié)果表明所提出的分層勢場法在航路規(guī)劃中具有明顯優(yōu)勢。該方法不但具有普遍適用性,還可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域。4.開展了海戰(zhàn)環(huán)境下的多無人機(jī)編隊(duì)航路規(guī)劃數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)�？紤]戰(zhàn)場中威脅因素和環(huán)境因素的影響,采用提出的分層勢場法對多無人機(jī)編隊(duì)進(jìn)行研究,分別開展在海戰(zhàn)環(huán)境下靜態(tài)協(xié)同航路規(guī)劃和在線協(xié)同航路規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明分層勢場法能夠很好地適用于多無人機(jī)編隊(duì)動(dòng)態(tài)航路規(guī)劃,避開了各種威脅并且較優(yōu)地保持了編隊(duì)隊(duì)形,進(jìn)一步驗(yàn)證了本算法的有效性和可行性。
【關(guān)鍵詞】：多無人機(jī)編隊(duì) 航路規(guī)劃 分段原理 回環(huán)力 分層勢場法
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249;V279
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究的背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文的主要內(nèi)容及安排14-16
• 第2章 戰(zhàn)場環(huán)境分析與建模16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 戰(zhàn)場環(huán)境分析16-18
• 2.3 戰(zhàn)場空間建模18-22
• 2.3.1 威脅因素建模18-20
• 2.3.2 環(huán)境因素建模20-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第3章 無人機(jī)航路規(guī)劃的分層勢場法23-37
• 3.1 引言23
• 3.2 無人機(jī)建模23-24
• 3.3 傳統(tǒng)人工勢場法24-27
• 3.3.1 基本算法24-26
• 3.3.2 方法優(yōu)點(diǎn)26
• 3.3.3 存在的缺陷26-27
• 3.4 改進(jìn)的勢場法27-32
• 3.4.1 勢場函數(shù)的改進(jìn)27-29
• 3.4.2 回環(huán)力的引入29
• 3.4.3 無人機(jī)間作用力的引入29-32
• 3.4.4 算法步驟32
• 3.5 分層勢場法32-36
• 3.5.1 分層勢場法原理32-33
• 3.5.2 最優(yōu)航路點(diǎn)生成33-34
• 3.5.3 威脅值計(jì)算方法34-35
• 3.5.4 算法步驟35-36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 第4章 仿真驗(yàn)證及分析37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 基于改進(jìn)的勢場法的無人機(jī)航路規(guī)劃37-39
• 4.2.1 目標(biāo)不可達(dá)問題37-38
• 4.2.2 局部極小值問題38-39
• 4.3 基于分層勢場法的無人機(jī)航路規(guī)劃39-44
• 4.3.1 無評價(jià)機(jī)制問題39-41
• 4.3.2 隊(duì)形維持問題41-44
• 4.4 三種方法對比仿真44-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第5章 海戰(zhàn)環(huán)境下多無人機(jī)航路規(guī)劃49-57
• 5.1 引言49
• 5.2 戰(zhàn)場想定49-51
• 5.3 仿真環(huán)境51-52
• 5.4 多無人機(jī)編隊(duì)靜態(tài)航路規(guī)劃52-54
• 5.5 多無人機(jī)編隊(duì)在線航路規(guī)劃54-56
• 5.6 本章小結(jié)56-57
• 第6章 結(jié)論與展望57-59
• 6.1 結(jié)論57-58
• 6.2 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明63-65
• 致謝65-66

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 辛健成;美國海軍無人機(jī)發(fā)展歷程[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2000年05期

2 時(shí)兆峰;以色列組建專門的無人機(jī)管理部門[J];飛航導(dǎo)彈;2001年10期

3 徐文;俄羅斯的無人機(jī)系統(tǒng)——格蘭特[J];飛航導(dǎo)彈;2003年07期

4 何一波;各國使用的主要輕型無人機(jī)[J];飛航導(dǎo)彈;2003年11期

5 馬曉平;系統(tǒng)工程學(xué)在無人機(jī)研制中的應(yīng)用[J];航空科學(xué)技術(shù);2003年04期

6 柯邊;“影子200”戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)[J];航天電子對抗;2003年06期

7 溫羨嶠,李英;從美國無人機(jī)的發(fā)展來看無人機(jī)在未來戰(zhàn)爭中的應(yīng)用前景[J];現(xiàn)代防御技術(shù);2003年05期

8 王永壽;日本無人機(jī)的研究開發(fā)現(xiàn)狀與動(dòng)向[J];飛航導(dǎo)彈;2003年08期

9 袁剛輝;徐志紅;;不斷壯大的俄羅斯無人機(jī)家族[J];現(xiàn)代兵器;2003年02期

10 徐文;俄羅斯無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀[J];飛航導(dǎo)彈;2004年02期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王林;張慶杰;朱華勇;沈林成;;遠(yuǎn)程異地多無人機(jī)系統(tǒng)控制權(quán)切換技術(shù)研究[A];2009中國控制與決策會(huì)議論文集（3）[C];2009年

2 譚健美;張琚;閆娟;;信息無人機(jī)系統(tǒng)——無人機(jī)發(fā)展史上新的里程碑[A];第二屆中國航空學(xué)會(huì)青年科技論壇文集[C];2006年

3 黃愛鳳;鄧克緒;;民用無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)[A];第九屆長三角科技論壇——航空航天科技創(chuàng)新與長三角經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展分論壇論文集[C];2012年

4 劉長亮;;無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣道開度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];2009年中國智能自動(dòng)化會(huì)議論文集（第三分冊）[C];2009年

5 丁霖;;無人機(jī)系統(tǒng)人機(jī)交互界面淺析[A];探索 創(chuàng)新 交流（第4集）——第四屆中國航空學(xué)會(huì)青年科技論壇文集[C];2010年

6 劉澤坤;呂繼淮;;艦載無人機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性[A];人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)工程創(chuàng)立20周年紀(jì)念大會(huì)暨第五屆全國人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

7 葉烽;宋祖勛;;無人機(jī)系統(tǒng)電磁兼容性測試研究[A];第十四屆全國電磁兼容學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

8 易當(dāng)祥;呂國志;沈玲玲;;多級(jí)路況下車載無人機(jī)疲勞載荷仿真[A];第十二屆全國疲勞與斷裂學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

9 錢正祥;金繼才;楊鷺怡;;未來局部戰(zhàn)爭中反無人機(jī)作戰(zhàn)對策研究[A];探索創(chuàng)新交流－－中國航空學(xué)會(huì)青年科技論壇文集[C];2004年

10 高鵬騏;晏磊;趙紅穎;何定洲;;無人機(jī)遙感控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];第十五屆全國遙感技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2005年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 洪山;法國、德國和西班牙簽約共同研發(fā)三國無人機(jī)系統(tǒng)[N];中國航空報(bào);2007年

2 崔璽康;對抗無人機(jī)所面臨的新挑戰(zhàn)[N];中國航空報(bào);2007年

3 林英;無人機(jī)將進(jìn)入現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[N];光明日報(bào);2007年

4 本報(bào)記者 陳永杰　馬佳;中國無人機(jī)亮相：戰(zhàn)爭“零傷亡”將實(shí)現(xiàn)[N];北京科技報(bào);2008年

5 祖茜楓;“綜合者”：攜帶小導(dǎo)彈的小無人機(jī)[N];中國國防報(bào);2008年

6 王磊;印度期望打造強(qiáng)大無人機(jī)部隊(duì)[N];學(xué)習(xí)時(shí)報(bào);2009年

7 李荔;無人機(jī)“俯瞰”黃河災(zāi)情[N];北京科技報(bào);2011年

8 本報(bào)記者 宋斌斌;我國無人機(jī)應(yīng)用高端化趨勢明顯[N];中國工業(yè)報(bào);2011年

9 吳飛;反恐十年無人機(jī)扶搖直上[N];中國航空報(bào);2011年

10 司古;美無人機(jī)遭神秘病毒入侵[N];國防時(shí)報(bào);2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉洋;動(dòng)態(tài)環(huán)境中的無人機(jī)路徑規(guī)劃研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

2 高九州;無人機(jī)自主著陸控制[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2016年

3 楊永明;無人機(jī)遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取與處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

4 陳巖;蟻群優(yōu)化理論在無人機(jī)戰(zhàn)術(shù)控制中的應(yīng)用研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

5 林林;基于協(xié)同機(jī)制的多無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃研究[D];北京郵電大學(xué);2013年

6 劉春陽;無人機(jī)隱身技術(shù)若干問題研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

7 王小剛;非線性濾波方法在無人機(jī)相對導(dǎo)航上的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

8 黃國勇;變推力軸線無人機(jī)飛行控制技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

9 鄭維剛;基于無人機(jī)紅外影像技術(shù)的配電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

10 許德新;無人機(jī)光電載荷視軸穩(wěn)定技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙敏;分布式多類型無人機(jī)協(xié)同任務(wù)分配研究及仿真[D];南京理工大學(xué);2009年

2 劉志花;無人機(jī)故障預(yù)測與健康管理技術(shù)研究[D];北京化工大學(xué);2010年

3 劉愛兵;可變形無人機(jī)設(shè)計(jì)[D];南京航空航天大學(xué);2009年

4 易姝姝;無人機(jī)飛行場景及數(shù)據(jù)的可視化仿真與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2010年

5 張佳璐;無人機(jī)項(xiàng)目綜合評價(jià)研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

6 趙志鴻;某型無人機(jī)雙發(fā)火箭助推發(fā)射動(dòng)力學(xué)建模與仿真研究[D];南京理工大學(xué);2007年

7 李建華;某無人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2008年

8 戴世通;無人機(jī)飛行可視化仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];西安理工大學(xué);2008年

9 曹攀峰;敵對與非敵對環(huán)境下無人機(jī)群的協(xié)同搜索路徑與策略研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

10 張錫憲;無人機(jī)測控中數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：693025