【摘要】：隨著戰(zhàn)爭(zhēng)形式變化發(fā)展和武器裝備體系完善,多無(wú)人機(jī)協(xié)同執(zhí)行任務(wù)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的基本要求和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。其中,無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃和協(xié)同任務(wù)分配是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)應(yīng)用于軍事作戰(zhàn)的兩個(gè)必不可少的條件,傳統(tǒng)的航跡規(guī)劃和任務(wù)分配操作推進(jìn)緩慢且難以滿(mǎn)足戰(zhàn)斗需求,想要高效地將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于軍事戰(zhàn)斗中還有許多困難需要克服,因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究和改進(jìn)。本文的研究無(wú)人機(jī)群從我方基地起飛后,在自身燃油的限制情況下,如何能夠在最短的航程內(nèi)完成對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境內(nèi)各可疑目標(biāo)點(diǎn)的偵查、情報(bào)收集,通過(guò)情報(bào)數(shù)據(jù),規(guī)劃出對(duì)我方最有利的任務(wù)分配方案。蟻群算法在求解組合最優(yōu)問(wèn)題上能夠在較短時(shí)間內(nèi)得到令人滿(mǎn)意的解,更適用于瞬息萬(wàn)變的對(duì)抗環(huán)境,同時(shí)也存在一些不足,據(jù)此,本文做了以下幾點(diǎn)工作:(1)在軍用無(wú)人機(jī)偵查航跡規(guī)劃中,針對(duì)蟻群算法容易陷入局部最優(yōu)的不足,對(duì)揮發(fā)系數(shù)作自適應(yīng)調(diào)整,兼顧算法前期搜索范圍和后期收斂速度,并且為避免早熟和加速收斂,在迭代最優(yōu)路徑中加入局部搜索策略。(2)在規(guī)劃無(wú)人機(jī)航跡問(wèn)題上,創(chuàng)新性地運(yùn)用了雙蟻群思想,兩組螞蟻并行獨(dú)立求解,每組螞蟻分別利用另一組蟻群在路徑上釋放的信息素進(jìn)行優(yōu)化,保證了螞蟻搜索路徑的質(zhì)量。(3)在解決軍用無(wú)人機(jī)任務(wù)分配問(wèn)題中,為使打擊任務(wù)更有針對(duì)性,基于傳統(tǒng)蟻群算法對(duì)啟發(fā)函數(shù)進(jìn)行重新定義,將戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)價(jià)值與啟發(fā)信息相結(jié)合,引導(dǎo)螞蟻向戰(zhàn)術(shù)價(jià)值高的點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)移,提高我方戰(zhàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際,考慮武器打擊命中率,對(duì)沒(méi)有打擊成功的目標(biāo)可以實(shí)施再次打擊,使研究更具有實(shí)戰(zhàn)意義。(4)利用螞蟻組同時(shí)對(duì)路徑進(jìn)行搜索共同構(gòu)造解的方式來(lái)提高算法時(shí)效性,設(shè)立公共禁忌表,達(dá)到無(wú)人機(jī)群協(xié)同目的,通過(guò)更改信息素更新方式和選擇策略,降低初始幾代螞蟻對(duì)后續(xù)螞蟻的影響,并在螞蟻的選取上增加隨機(jī)性,增強(qiáng)螞蟻對(duì)未知路徑的探索能力。本文對(duì)數(shù)據(jù)集solomon eil30進(jìn)行測(cè)試求解,通過(guò)與文獻(xiàn)算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比和結(jié)果分析,本文改進(jìn)后算法在無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃中能保證獲得最短航路,任務(wù)分配上更加合理、貼近實(shí)戰(zhàn)要求,證明了改進(jìn)后算法在多無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)規(guī)劃問(wèn)題中的可行性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP18;E91;E926.3
【圖文】：

為研究螞蟻搜索方式，科學(xué)家們做了很多探索性實(shí)驗(yàn)，其中最有代表性的為雙橋?qū)嶒?yàn)[36]。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將兩條橋上的長(zhǎng)度設(shè)為相同值。實(shí)驗(yàn)初始狀態(tài)下，兩條橋上都沒(méi)有螞蟻?zhàn)哌^(guò)，橋上的信息素值都為零。此時(shí)，兩條橋被螞蟻選擇概率各占一半，隨著時(shí)間的流逝，由于隨機(jī)波動(dòng)的出現(xiàn)，導(dǎo)致其中的一些螞蟻偶然性地選擇其中的一條橋，卻使該橋上的信息素增多，最終使大多數(shù)螞蟻集中在這條橋上。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，兩條分支路徑長(zhǎng)度發(fā)生變化，初始時(shí)，橋上的信息素為零，但是路徑短的螞蟻先獲取食物并開(kāi)始返回，返回時(shí)受到信息素的作用影響，使大多數(shù)螞蟻都不再對(duì)長(zhǎng)橋進(jìn)行選擇。在實(shí)驗(yàn)二中，隨機(jī)波動(dòng)帶來(lái)的影響沒(méi)有實(shí)驗(yàn)一那么大，螞蟻主要還是受到信息素正反饋?zhàn)饔�。圖 2-1 為實(shí)驗(yàn)二時(shí)螞蟻對(duì)路徑進(jìn)行探索的情況示意圖，3個(gè)子圖分別為初始狀態(tài)下、探索過(guò)程中、以及探索趨于穩(wěn)定階段時(shí)各路徑上螞蟻情況，從圖中我們可以看到，在穩(wěn)定階段，雖然大多數(shù)的螞蟻都聚集在了較短的路徑上，但是仍有小部分螞蟻在另一條路徑上，力圖尋求新的更短路徑。

a) 改進(jìn)前 b) 改進(jìn)后圖 3-1 路徑優(yōu)化對(duì)比圖本章改進(jìn)后的算法在蟻群全局搜索策略基礎(chǔ)上添加局部搜索策略 2-opt，為了時(shí)效，只選擇迭代最優(yōu)解上的兩條邊順序進(jìn)行交換調(diào)整，最后得到滿(mǎn)足條件的雙蟻群思想：Gambardella 文中運(yùn)用交互蟻群方式求解多目標(biāo)問(wèn)題，給航跡規(guī)新的研究思路[44]。使用兩個(gè)相互獨(dú)立的蟻群 A 和蟻群 B 并行進(jìn)行求解，各自釋放信息素，但兩個(gè)種群互不影響干涉，A 群螞蟻釋放信息素并不影響 B 群螞的選擇，同樣地，B 群螞蟻釋放的信息素也不影響 A 群螞蟻的轉(zhuǎn)移。當(dāng)經(jīng)過(guò)一次數(shù) Num 后，若 A 群或 B 群上的螞蟻還未探知到更優(yōu)路徑，則按照公式(3-13群的信息素進(jìn)行綜合，改變?nèi)晕吹玫礁纳频南伻郝窂?ij 上的信息素值，提高其解的可能性。A B( , )+ ( , )i j i j

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2732670