【摘要】：近年來(lái),隨著自主控制、信號(hào)處理和通信技術(shù)等方面的進(jìn)步,無(wú)人機(jī)自主飛行技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展并取得了巨大的進(jìn)步。無(wú)人機(jī)借助其自身的優(yōu)勢(shì),已經(jīng)可以部分或完全替代人類(lèi)完成某些危險(xiǎn)系數(shù)較高的任務(wù),因此在軍事和民用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。在無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)之前,需要根據(jù)飛行環(huán)境和任務(wù)要求為無(wú)人機(jī)規(guī)劃出圓滿完成任務(wù)所需要的飛行路徑,也就是無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃,它是無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的重要組成部分,也是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)安全可靠的自主飛行的技術(shù)保障,能大大提高無(wú)人機(jī)的作戰(zhàn)效能。本文首先介紹了無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃技術(shù)相關(guān)研究背景,進(jìn)行了航路規(guī)劃的形式化描述,對(duì)常用的構(gòu)造規(guī)劃空間方法、航路規(guī)劃的主要約束條件和綜合性能代價(jià)等作了詳細(xì)闡述,尤其是規(guī)劃算法,它是無(wú)人機(jī)三維航路規(guī)劃的核心。結(jié)果發(fā)現(xiàn)目前的航路規(guī)劃方法主要是基于模擬場(chǎng)景,而基于三維可視化平臺(tái)的方法卻很少有研究。針對(duì)這一問(wèn)題,本文基于三維可視化平臺(tái)利用真實(shí)地形數(shù)據(jù)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行時(shí)三維規(guī)劃空間進(jìn)行建模,考慮了多種約束條件要求,包括無(wú)人機(jī)自身的機(jī)動(dòng)性能約束和飛行環(huán)境的障礙物或威脅約束,研究了三維規(guī)劃空間的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換,采用空間插值法提取了無(wú)人機(jī)的航路點(diǎn)的位置信息,并進(jìn)行了相關(guān)的建模實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,基于蟻群算法對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行航路進(jìn)行規(guī)劃,對(duì)原始蟻群算法進(jìn)行改進(jìn),主要包括啟發(fā)函數(shù)的設(shè)計(jì)和信息素更新機(jī)制等方面,并對(duì)算法的流程進(jìn)行詳細(xì)闡述,進(jìn)行了蟻群算法參數(shù)組合實(shí)驗(yàn),采用實(shí)驗(yàn)得到的最佳參數(shù)組合為無(wú)人機(jī)規(guī)劃出一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的滿足性能約束且代價(jià)最優(yōu)的航路,并且進(jìn)行了模擬無(wú)人機(jī)飛行驗(yàn)證。更進(jìn)一步地,針對(duì)無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的未知突發(fā)威脅,提出了航路重規(guī)劃的解決方法,在對(duì)此方法詳細(xì)描述之后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬驗(yàn)證,結(jié)果表明重規(guī)劃的航路能有效規(guī)避突發(fā)的未知威脅。最后,基于Microsoft Visual Studio 2010借助三維可視化引擎設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)三維航路規(guī)劃軟件,實(shí)現(xiàn)了參數(shù)調(diào)整、路徑本地存儲(chǔ)與讀取、飛行模擬等功能,使規(guī)劃的結(jié)果展示更加直觀,增強(qiáng)了無(wú)人機(jī)的決策。
【圖文】：

規(guī)劃結(jié)果二維展示邐＆兩個(gè)分離的二維視圖展示逡逑圖１．２航路規(guī)劃結(jié)果二維展示逡逑ｉｆ邋ｍ逡逑圖１．３虛擬戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃逡逑、：１g逡逑ａ．三維可視化引擎規(guī)劃展示邐合成三維地形規(guī)劃展示逡逑圖１．４航路規(guī)劃結(jié)果三維展示逡逑１．３現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題逡逑針對(duì)不同條件下的航路規(guī)劃問(wèn)題，各種優(yōu)化和改進(jìn)方法被提出，較好地解決了這逡逑些問(wèn)題。對(duì)于不同的場(chǎng)景，每個(gè)算法也有自己的局限性：ＲＲＴ避免障礙的能力不能逡逑令人滿意；隨著規(guī)劃場(chǎng)景的擴(kuò)大，Ａ＊算法的處理時(shí)間將會(huì)爆炸式增加；遺傳算法和逡逑進(jìn)化算法的計(jì)算復(fù)雜度較高［３１１。學(xué)者傾向于根據(jù)自己的模擬場(chǎng)景優(yōu)化所選擇的算法，逡逑

規(guī)劃結(jié)果二維展示邐＆兩個(gè)分離的二維視圖展示逡逑圖１．２航路規(guī)劃結(jié)果二維展示逡逑ｉｆ邋ｍ逡逑圖１．３虛擬戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃逡逑、：１g逡逑ａ．三維可視化引擎規(guī)劃展示邐合成三維地形規(guī)劃展示逡逑圖１．４航路規(guī)劃結(jié)果三維展示逡逑１．３現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題逡逑針對(duì)不同條件下的航路規(guī)劃問(wèn)題，，各種優(yōu)化和改進(jìn)方法被提出，較好地解決了這逡逑些問(wèn)題。對(duì)于不同的場(chǎng)景，每個(gè)算法也有自己的局限性：ＲＲＴ避免障礙的能力不能逡逑令人滿意；隨著規(guī)劃場(chǎng)景的擴(kuò)大，Ａ＊算法的處理時(shí)間將會(huì)爆炸式增加；遺傳算法和逡逑進(jìn)化算法的計(jì)算復(fù)雜度較高［３１１。學(xué)者傾向于根據(jù)自己的模擬場(chǎng)景優(yōu)化所選擇的算法，逡逑
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V279;V249

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本文編號(hào)：2651492