【摘要】：多無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)是未來無人機(jī)作戰(zhàn)方式的重要發(fā)展趨勢(shì),其中任務(wù)規(guī)劃,尤其是多無人機(jī)復(fù)雜環(huán)境下的協(xié)同任務(wù)規(guī)劃,作為實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主控制的關(guān)鍵技術(shù)之一,對(duì)提高無人機(jī)的作戰(zhàn)效能具有重要意義。本文分別針對(duì)多無人機(jī)協(xié)同搜索、離線任務(wù)規(guī)劃、在線任務(wù)規(guī)劃進(jìn)行了研究,主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)針對(duì)時(shí)敏目標(biāo)搜索問題,采用搜索圖模型描述了無人機(jī)對(duì)環(huán)境的認(rèn)知。所建搜索圖包括目標(biāo)存在概率圖和數(shù)字信息素圖,目標(biāo)存在概率圖采用概率描述了目標(biāo)在任務(wù)區(qū)域的分布,在充分利用通信信息的基礎(chǔ)上針對(duì)不同目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性定義目標(biāo)存在概率圖的初始化動(dòng)、態(tài)更新以及預(yù)測(cè)更新方法;數(shù)字信息素圖包括吸引、排斥、調(diào)度三種數(shù)字信息素,通過三種信息素設(shè)計(jì)了UAV協(xié)同機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了無人機(jī)搜索的效能函數(shù),建立了基于時(shí)域滾動(dòng)決策的無人機(jī)協(xié)同搜索決策方法。最后進(jìn)行了詳盡的仿真,仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠準(zhǔn)確的描述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性,提高了UAV之間的協(xié)作效率和UAV協(xié)同搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)目,改善整體搜索效能。(2)在搜索獲得環(huán)境信息和目標(biāo)信息的基礎(chǔ)上,建立了異構(gòu)多無人機(jī)離線任務(wù)規(guī)劃模型,模型充分考慮了戰(zhàn)場地形與危險(xiǎn)區(qū)域,摧毀目標(biāo)資源需求,目標(biāo)對(duì)無人機(jī)的毀傷概率,以及無人機(jī)自身的資源、航程約束等條件,并針對(duì)模型特點(diǎn)提出一種并行GAPSO的模型求解算法,最后設(shè)計(jì)了詳細(xì)的仿真驗(yàn)證了模型的合理性和算法的有效性。(3)針對(duì)異構(gòu)無人機(jī)在線任務(wù)規(guī)劃,考慮無人機(jī)攜帶資源和摧毀目標(biāo)所需資源,采用了一種組建聯(lián)盟的方式來完成打擊任務(wù),聯(lián)盟考慮了無人機(jī)資源約束,通過Dubins路徑協(xié)調(diào)航跡實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟同時(shí)攻擊,在此基礎(chǔ)上建立了組建聯(lián)盟的多目標(biāo)優(yōu)化模型,并提出了并行NSGA-II求解模型,通過仿真算例驗(yàn)證了該方法的合理性。
【圖文】：

異構(gòu)多無人機(jī)自主任務(wù)規(guī)劃方法研究有以色列“云雀”I 這類(圖 1.1(b))手拋起飛的小型戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)。在未來可能還將出現(xiàn)比“鷹”大得多的、可在臨近空間高度連續(xù)飛行數(shù)月以至數(shù)年的長航時(shí)無人機(jī)，以及比“云雀 更小更靈活、可進(jìn)入狹小空間和進(jìn)行隱蔽偵察的微型無人機(jī)。目前察打一體化無人機(jī)的最典代表是美國的 MQ-1“捕食者”(圖 1.1(c))和 MQ-9“死神”(圖 1.1(d))，這兩種無人機(jī)都屬空長航時(shí)無人機(jī)，并且都已經(jīng)在實(shí)戰(zhàn)中執(zhí)行過具體的偵察和打擊任務(wù)[3]。(a)“全球鷹” (b)“云雀”I 類

100 后無人機(jī)到達(dá)任務(wù)區(qū)域，由于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性在這段時(shí)間內(nèi)目標(biāo)的位置發(fā)生了變換，使用維納隨機(jī)過程估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過程，此時(shí)TPM如圖2.6(b)所示，隨著時(shí)間的推移目標(biāo)不斷的擴(kuò)散，相較于圖 2.6(a)目標(biāo)的不確定性變大，當(dāng)時(shí)間趨于無窮時(shí)目標(biāo)將會(huì)退化成均勻分布因此需要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)；對(duì)于第三種類型的目標(biāo)其速度大小已知方向未知，，令 80 ， 0 100 后無人機(jī)到達(dá)任務(wù)區(qū)域，此時(shí) TPM 如圖 2.7(b)所示，由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向的不確定，目標(biāo)概率向四周均勻擴(kuò)散；對(duì)于第四種類型的目標(biāo)，令 80
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279;V249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2663128