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无人机自主飞行轨迹规划与重规划方法研究

黄建军  
【摘要】:随着航空类技术和电子技术的发展,无人机也在性能上得到了非常迅速的发展,在军事和民用领域都已有了广泛的应用前景。与有人驾驶飞机相比,无人机具有机体小、机动灵活、价格低廉、无人员伤亡以及起飞条件与空勤保障简单等优点。作为无人机自主导航的关键技术之一,航迹规划已经成为目前无人机研究领域内的一大热点。无人机航迹规划,就是综合考虑到达时间、油耗、威胁以及可飞行区域等因素,为无人机之后的飞行规划出最优或者次优的飞行轨迹。本文主要对无人机航迹规划方法以及突发威胁情况下的无人机替代航迹在线实时规划方法进行了研究。 对国内外无人机自主控制技术发展情况进行了详细的调研,分析了无人自主控制研究的主要方向及特点;调研了无人机自主飞行轨迹规划与重规划发展现状及其趋势。 对无人机航迹规划中需要考虑的问题进行了较全面的介绍并对相关问题进行了数学建模。分别介绍了规划空间的表示方法、飞行航迹的表示方法、飞行航迹的基本约束条件以及航迹评价方法。 根据无人机在执行任务过程中会受到的来自自然环境以及敌方作战单位的安全威胁,描述了无人机飞行中所处的威胁环境以及在航迹规划时对威胁的处理方法,并建立了雷达威胁和防空火力攻击威胁数学模型。 对已有的无人机航迹规划算法进行了综合描述,由于粒子群优化(PSO)算法的智能性以及其参数少收敛速度快的特点,选择其作为本文的航迹规划算法,研究了基于PSO算法的航迹规划问题以及提出了线性减少惯性权重的方法以不断提高其收敛速度。 由于无人机在飞行过程中飞行环境的不确定性,以及敌方作战单位的突然增加或新探测到得防空威胁,提出了基于PSO算法的在线实时航迹规划方法并进行了仿真分析,仿真结果表明这种方法具有较高的实时性。


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