无人机自主飞行控制与管理决策技术研究

发布时间：2017-03-19 08:08

  本文关键词：无人机自主飞行控制与管理决策技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 无人机在当前的战争中起着不可替代的作用,本文围绕无人机的自主飞行控制与管理决策技术中的关键问题展开了设计与仿真。 第一部分研究了基于开放式的分层递阶结构的无人机自主飞行管理体系结构。探讨了该结构的主要组成部分,对关键模块的结构和功能进行了研究。 第二部分对所设计的结构中关键的模块进行了设计。首先设计了航迹规划模块和航迹跟踪模块。针对航迹规划的实际需要,将航迹规划划分为二维的航线规划和二维航线点之间的三维航迹规划;提出动态权值的三维LPA*的航迹规划方法对二维航线产生的航线点之间进行规划,对突然出现的新威胁,运用三维D* Lite进行实时重规划。其次对具有完全非线性特征的慢模态,设计了航迹角跟踪指令飞行控制器。再次对无人机自主控制的一项关键技术——自主起飞与着陆控制技术,进行了研究,对无人机起飞过程中三轮滑跑、两轮滑跑和离陆升空过程进行了纵向控制律的设计;对无人机着陆过程设计了定高系统、下滑波束导引系统、自动拉平系统和侧向波束导引系统,并进行了仿真验证。最后对无人机飞行管理中的任务规划与调度建立了任务管理系统。将一个完整的飞行任务通过Petri网分解出的若干子任务,用事件触发进行管理和调度,Stateflow对无人机进行复杂的逻辑判断,用GUI实现了一个友好的人机界面。 第三部分在Windows平台上基于虚拟仿真软件MultiGen Creator、Vega和VC++研究了无人机自主飞行全过程的三维视景仿真,生动演示了起飞、飞行、着陆的全过程。
【关键词】：自主飞行管理系统 分层递阶 航迹规划 航迹跟踪 起飞/着陆 任务管理系统 三维视景仿真
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章绪论13-20
• 1.1 本课题选题意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 无人机国内外发展现况14-15
• 1.2.2 自主式系统国内外研究现况15-16
• 1.2.3 飞行管理系统的国内外现状16-18
• 1.2.4 自主飞行控制与管理的关键技术的现况18
• 1.3 课题研究思路18-19
• 1.4 本文主要研究内容及关键技术19-20
• 第二章无人机自主飞行管理系统结构设计20-30
• 2.1 自主控制的概念20-21
• 2.2 基于开放式分层递阶结构的飞行管理系统结构模块化设计21-24
• 2.2.1 飞行管理系统的需求特点21
• 2.2.2 体系结构设计21-24
• 2.3 体系结构的交互性设计与总体结构24-26
• 2.4 各主要模块的关键技术26-29
• 2.4.1 任务管理模块26
• 2.4.2 航迹规划模块26-27
• 2.4.3 飞行控制模块27
• 2.4.4 导航数据库模块与知识库27-28
• 2.4.5 其余模块简述28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章无人机航迹规划与航迹跟踪技术研究30-54
• 3.1 航迹规划技术概述30-31
• 3.2 应用于航迹规划的数字地图技术简述31-32
• 3.2.1 数字地图的分类31
• 3.2.2 威胁建模及与地形、地物信息的融合31-32
• 3.3 基于 Dijkstra 的二维航线计算分析32-36
• 3.3.1 威胁建模33
• 3.3.2 建立可行节点和赋权图33-35
• 3.3.3 计算哈密顿航线35-36
• 3.4 基于动态权值的三维稀疏LPA*算法三维航迹规划36-40
• 3.4.1 约束条件的限制36-37
• 3.4.2 算法中的定义和符号37-38
• 3.4.3 算法步骤38-39
• 3.4.4 对PLA*算法的优化39
• 3.4.5 数字仿真与实现39-40
• 3.5 无人机三维实时重规划的初步研究40-43
• 3.5.1 D* Lite 算法41-42
• 3.5.2 数字仿真与实现42-43
• 3.6 无人机机动航迹跟踪飞行控制系统设计43-53
• 3.6.1 航迹跟踪控制的结构43-44
• 3.6.2 非线性数学模型44-46
• 3.6.3 基于系统动态逆理论的无人机航迹跟踪46-48
• 3.6.4 神经网络的训练与仿真48-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 无人机自主起飞和着陆的建模与控制54-73
• 4.1 无人机自主起飞与着陆过程描述55-56
• 4.1.1 无人机自主起飞过程描述55
• 4.1.2 无人机自主着陆过程描述55-56
• 4.2 无人机非线性起飞模型的建立与控制律设计56-62
• 4.2.1 建模准备56-57
• 4.2.2 建立地面滑跑起飞运动方程57-59
• 4.2.2.1 无人机起飞滑跑纵向运动方程建立57-59
• 4.2.3 无人机起飞控制律设计与仿真59-62
• 4.2.3.1 三轮滑跑阶段59-60
• 4.2.3.2 两轮滑跑阶段60
• 4.2.3.3 离陆爬升60-62
• 4.3 无人机非线性着陆模型的建立与控制律设计62-72
• 4.3.1 建立着陆纵向运动方程62-64
• 4.3.1.1 无人机着陆纵向运动方程62-63
• 4.3.1.2 无人机着陆横侧向运动方程63-64
• 4.3.2 无人机着陆纵向控制律设计与仿真64-70
• 4.3.2.1 俯仰角保持与控制系统设计64
• 4.3.2.2 高度保持与控制系统设计64-65
• 4.3.2.3 无人机自动进场控制律设计65-66
• 4.3.2.4 无人机自动下滑控制律设计66-68
• 4.3.2.5 无人机自动拉平着陆控制律设计68-70
• 4.3.3 无人机着陆横侧向控制律设计与仿真70-72
• 4.3.3.1 滚转角控制系统70-71
• 4.3.3.2 侧向波束导引71-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第五章 自主任务管理系统设计研究与系统综合仿真73-82
• 5.1 任务管理系统简述73-74
• 5.2 任务管理系统的组成、结构和功能74-75
• 5.3 任务管理系统实现75-78
• 5.3.1 Petri 网及相关概念75-76
• 5.3.2 基于Petri 网的任务管理系统实现76-78
• 5.4 人机接口的界面系统设计78-79
• 5.4.1 Stateflow 和GUI 技术78
• 5.4.2 Stateflow 的有限状态机原理78-79
• 5.5 基于实例的任务管理系统的仿真79-81
• 5.6 本章小结81-82
• 第六章 无人机自主飞行三维视景仿真82-93
• 6.1 可视化仿真技术概述82-83
• 6.1.1 MultiGen Creator 简介82-83
• 6.1.2 Vega 简介83
• 6.2 基于API 函数的视景仿真系统设计83-88
• 6.2.1 实体模型及地形的建立83-85
• 6.2.2 视景的管理与驱动85-88
• 6.2.3 攻击特效技术88
• 6.3 无人机自主飞行可视化仿真的实现88-92
• 6.3.1 情景描述88
• 6.3.2 利用Creator 建立导弹和坦克的三维模型88-89
• 6.3.3 三维视景效果89-92
• 6.4 本章小结92-93
• 第七章 总结与展望93-95
• 7.1 本文的主要工作及贡献93-94
• 7.2 不足之处与进一步研究展望94-95
• 参考文献95-98
• 致谢98-99
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文99-100
• 附录一100-101

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 谢娟;基于DoDAF的无人机飞行管理计算机系统体系结构研究[D];南京航空航天大学;2010年

2 李t，

本文编号：255769