收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于智能优化与RRT算法的无人机任务规划方法研究

李猛  
【摘要】:无人机系统向着智能化、自主化的方向发展。任务规划是无人机自主控制的重要组成部分。本文对无人机任务规划中的航迹规划和任务分配问题进行了研究。 针对三维静态威胁环境下的无人机航迹规划问题,提出了两种改进蚁群算法。多重启发蚁群算法综合考虑无人机当前位置、待选位置以及目标位置三者之间的距离和威胁分布,并将这些先验知识构造为蚂蚁的多重启发信息,指引蚂蚁的路径搜索,证明了该算法的全局收敛性。同时提出了一种将人工势场法与蚁群算法相结合的人工势场蚁群算法,能够按照节点位置的势场力分布,进行确定性选择和概率性选择相结合的蚂蚁状态转移。试验结果表明两种改进算法能够获得优于单一的人工势场法和蚁群算法的规划结果,有效地缩短航迹规划时间,提高规划精度,得到最优的飞行航迹。 提出了一种改进混合粒子群算法,在标准粒子群算法之中融入Boids鸟群模型的避撞机制,用以摆脱局部极小点的束缚,利用Powell算法对全局极值进行局部搜索。对改进混合粒子群算法的收敛性进行了证明。仿真结果表明该算法能够改善标准粒子群算法局部搜索能差和早熟收敛的不足。针对多无人机协同航迹规划问题,提出了一种威胁启发粒子群算法,将任务环境中的威胁信息,构造为粒子速度更新公式的一部分,用以指引粒子向着远离威胁区域的方向移动。建立了同时考虑时域协同和空域协同的多无人机协同航迹规划数学模型。采用两阶段的协同规划框架,首先利用k-均值聚类方法对粒子群进行聚类,得到每架无人机的多条待选航迹,然后再通过协同变量和协同函数处理协同约束。通过仿真试验验证了所提方法的有效性和先进性。 研究了快速扩展随机树算法(Rapid-exploring Random Tree, RRT)的参数设置对算法性能的影响,提出了RRT算法参数选取的指导原则。在此基础上,提出了利用混沌序列生成随机节点,利用模糊推理系统动态调整算法参数的改进RRT算法。针对突发威胁环境下的航迹重规划问题,提出了一种改进双边RRT算法。在出现突发威胁后,对原有随机树进行节点删减,保留未受到影响的残余随机树,再根据无人机的当前位置,进行双边RRT随机树生长,同时设计了一种航迹修剪方法,用于去除冗余航点,并采用贝塞尔曲线进行航迹平滑。针对未知环境中的航迹规划问题,提出了滚动RRT算法,每次只生成探测范围内的局部航迹,无人机在按照该局部航迹飞行的同时进行下一阶段的航迹滚动优化。设计了一种滚动窗口内的随机节点选择方法,能够引导随机树较快的向着滚动窗口的边界生长。试验结果说明所提方法有效地能够满足不确定环境下的在线航迹规划需求,得到满意的规划结果。 针对多无人机协同任务分配问题,提出了一种多组群蚁群算法,设计了综合考虑无人机攻击收益、生存概率、航程代价的代价收益指标。多组群蚁群算法按照综合剩余任务能力进行蚂蚁选择,根据各个待选任务目标的状态转移概率,确定被选中蚂蚁需要添加的任务。利用2-opt算法进行进一步的局部优化。同时给出了任务需求或无人机群发生变化时的任务重分配方法。试验结果表明,多组群蚁群算法能够很好地获得满足各项约束条件的无人机任务分配方案,各架无人机的任务较为均衡,任务重分配方法具有良好的实时性,能够满足新任务的要求。 设计了一款小型无人机的航迹规划系统,包括数据录入、航迹生成、飞行仿真与验证,以及航迹加载与校验等环节。以靶试需求为例,进行复杂高原地形环境下的航迹规划应用,试验结果表明该航迹规划系统能够满足实际任务需求,取得预期的效果。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 肖霞;;无人机将在今后的战争中扮演新角色[J];电子对抗;2003年02期
2 姜永伟;;俄军无人机在实践中的战术运用[J];现代军事;2005年02期
3 李武康;郑麦中;;欧洲“梭鱼”无人作战验证机[J];现代军事;2007年02期
4 ;全球快讯[J];飞航导弹;2009年11期
5 ;2O11中国无人机系统峰会暨展览征稿通知 峰会主题:无人机从前沿技术到现役装备[J];航空科学技术;2011年02期
6 ;美国将在中东使用先锋号无人机[J];航天电子对抗;1991年02期
7 ;德国陆军新型战术侦察无人机(KZO)系统[J];国防科技;2007年07期
8 ;国际会展信息[J];国际航空;2008年06期
9 郑葆;王秀春;;未来无人机的操控和指挥[J];国外坦克;2009年05期
10 臧晓京;朱爱平;;雷锡恩公司利用导弹经验发展无人机[J];飞航导弹;2010年03期
11 虎鲸;;珠海航展 中国无人作战体系[J];兵器知识;2011年01期
12 徐文;俄罗斯的无人机系统[J];飞航导弹;2003年09期
13 周永生;;俄军无人机的作战运用[J];国防科技;2006年06期
14 王开启;;反恐战争与无人化装备[J];国外坦克;2007年11期
15 野舟;;美国新型无人机试射海尔法导弹[J];战术导弹技术;2010年02期
16 徐晖;;新马泰三国加快发展无人机[J];国际航空;2010年06期
17 马凌;魏国福;;印度加速无人机项目研发进程[J];飞航导弹;2009年07期
18 周航;;美国空军的无人机系统飞行计划[J];航空电子技术;2010年02期
19 袁刚辉;徐志红;;不断壮大的俄罗斯无人机家族[J];现代兵器;2003年02期
20 史秀玲;;支援行动单位的无人机系统[J];国外坦克;2006年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 丁霖;;无人机系统人机交互界面浅析[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
2 王春生;苏多;刘道庆;;浅析无人机系统适航性[A];2010年航空器适航与空中交通管理学术年会论文集[C];2010年
3 徐佳;李擎;;无人机捷联惯性组合的建模与滤波方法研究[A];2011下一代自动测试系统学术研讨会论文集[C];2011年
4 马晓平;;无人飞行器及其系统发展研究[A];航空科学技术学科发展报告(2010-2011)[C];2011年
5 钱正祥;张成华;张斌;;神经网络逆控制的无人机飞控系统自修复研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
6 解龙龙;王晓平;耿庆波;;无人机群控系统的地面站设计与实现[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
7 乔志华;李一波;康绍鹏;朱琼;;基于虚拟现实技术的无人机地面控制站系统设计[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
8 王磊;肖凯宁;宋琦军;张学平;;无人机遥控系统电磁兼容预测研究[A];全国电磁兼容学术会议论文集[C];2006年
9 樊兴;黄定超;郭铭;;舰载无人机系统技术研究[A];中国造船工程学会电子技术学术委员会2006学术年会论文集(上册)[C];2006年
10 孔维玮;先治文;张代兵;;无人机垂直起降视觉自主导航系统的设计与实现[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李猛;基于智能优化与RRT算法的无人机任务规划方法研究[D];南京航空航天大学;2012年
2 王世华;碟型涵道式无人机总体设计及飞行控制系统理论与仿真研究[D];复旦大学;2011年
3 胡中华;基于智能优化算法的无人机航迹规划若干关键技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 甄子洋;融合控制方法及其在无人机飞行控制中的应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 于永军;高空长航无人机多信息融合自主导航关键技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
6 刘春阳;无人机隐身技术若干问题研究[D];西安电子科技大学;2012年
7 鲁恒;利用无人机影像进行土地利用快速巡查的几个关键问题研究[D];西南交通大学;2012年
8 姚如贵;无人机系统高速数据链中Turbo-OFDM技术研究[D];西北工业大学;2006年
9 辛哲奎;基于视觉的小型无人直升机地面目标跟踪技术研究[D];南开大学;2010年
10 濮翔科;敏感问题9种RRT模型下(分层)二阶段抽样调查设计的统计方法及其应用[D];苏州大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄建军;无人机自主飞行轨迹规划与重规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
2 陈大平;测绘型无人机系统任务规划与数据处理研究[D];解放军信息工程大学;2011年
3 李晓君;无人机飞控设计与协同打击地面移动目标仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
4 马璐;无人机地面遥控遥测系统研究[D];南昌航空大学;2013年
5 王宝广;无人机任务规划系统研究[D];沈阳航空航天大学;2013年
6 徐喆垚;无人机非线性姿态控制研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
7 李想;无人机地面导航控制系统软件研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 杨轻;无人机自主起飞、着陆控制系统设计[D];南京航空航天大学;2011年
9 周乃恩;无人机起降纠偏控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
10 张博;无人机磁耦合发射系统研究[D];长春理工大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 边际;“鹞鹰”无人机在国内首次实现同机双装载遥感飞行[N];中国航空报;2011年
2 柯江宁 编译;美陆军完成载人和无人机系统集成能力评估[N];科技日报;2011年
3 本报专稿 郭宣 石江月;中国无人机跨向“超一流”[N];世界报;2011年
4 徐泓;遥感无人机纳入宁夏灾害应急工作体系[N];中国国土资源报;2011年
5 记者 朱思平 通讯员 王明;珠海要生产无人机了![N];中国民航报;2011年
6 陈巧艳;无人机产业基地落户珠海[N];广东科技报;2011年
7 杨竞佳;首例环境应急大气监测无人机系统研究有进展[N];中国环境报;2011年
8 温宪;可接受的机器行为?[N];人民日报;2011年
9 记者 刘兴;从前沿技术到现役装备[N];中国航空报;2011年
10 洪山;法国、德国和西班牙签约共同研发三国无人机系统[N];中国航空报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978