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《国防科学技术大学》 2012年
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面向地面时敏目标打击的多UCAV协同任务规划问题研究

裴鑫浩  
【摘要】:时敏目标打击作为现代局部战争中的一项重要内容,已经成为世界军事舞台上重要的作战模式。近年来,无人作战飞机(Unmanned Combat Aerial Vehicle,UCAV)在局部战争中的作用越来越重要,无人作战飞机将成为未来数十年里打击时敏目标的重要武器装备。然而,随着作战环境复杂化,作战任务多样化以及作战范围扩大化,使得UCAV很难单独完成任务,目前无人作战飞机的基本作战形式为多UCAV协同作战。 多UCAV协同任务规划问题可以分解成任务分配和轨迹规划两个层次,其中每一层都可以看成是一个多目标优化问题,主要研究的内容是满足任务需求和UCAV自身性能约束的条件下,如何加强动态环境中多UCAV协同控制能力。解决该问题的核心在于对问题进行合理建模以及求解算法的设计。在多UCAV协同打击时敏目标的背景下,论文主要开展了以下研究: (1)从时敏目标的“时间窗口”特性和时序特性出发,分析了打击时敏目标的重点和难点,通过对打击时敏目标的6个阶段分析,将打击时敏目标任务过程分解为侦察、打击和评估三个子任务,并根据时敏目标的打击过程和打击模式以及对典型的时敏打击样式进行分析,提出了面向地面时敏目标打击的多UCAV协同作战样式。 (2)对多UCAV协同任务分配问题的约束条件和性能指标进行了深入分析和形式化描述,提出了带有时敏特性函数的代价模型,考虑合作博弈能够通过参与者之间合作的方式得到整体代价最小的特点,根据合作博弈理论建立了基于时序约束和“时间窗口”特性的多UCAV协同任务分配模型,并且利用Nash BargainingSolution(NBS)方法对问题进行求解。 (3)从加快求解速度,便于计算机求出问题的数值解的角度出发,根据动态规划理论,将轨迹规划问题转化为最优离散规划问题,在考虑航线冲突的条件下,建立了轨迹规划的代价模型。进而,从提高算法求解效率的角度出发,提出了改进的策略迭代方法。 (4)通过仿真实验,验证了基于合作博弈的任务分配算法和基于改进策略迭代的轨迹规划算法的有效性,并且验证了在有突发威胁的情况下算法的在线重规划能力。实验表明,论文的任务规划方法能够充分利用时敏目标打击问题中的时间窗口特性和时序特性,满足多UCAV协同打击地面时敏目标的任务要求,并且实时性良好。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:V279;TP273

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【参考文献】
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