多无人机协同编队集结中的优化技术研究

发布时间：2020-03-22 09:36

【摘要】：现代战争对无人机的任务要求越来越高,由于单架无人机固有的性能约束,多无人机协同编队越来越受到关注,而作为协同编队的前提,多无人机协同编队集结一直是人们的重点研究对象。本文对多无人机协同编队集结问题进行了分析,针对其中的航迹规划、时间协同、实时避障和路径实时调整问题进行了研究,提出了对应的优化方案。针对航迹规划问题,提出了适用于该问题的改进的元胞遗传算法—基于人才引进策略的元胞遗传算法,详细介绍了该算法的改进思路和算法步骤,对该优化算法的性能进行了测试与分析,证明了算法的有效性。随后给出了基于该算法的无人机航迹规划详细步骤,对其中的初始航迹的生成、目标函数的设计、遗传进化过程(引进、选择、交叉、变异)的具体操作以及生成航迹的平滑处理进行了研究。针对时间协同航迹规划,设计了2种协同航迹规划方案。其中,备选航迹协同方案在规划可行时能够保证协同航迹的总代价值最小,二次规划协同方案使各无人机间的航程和飞行速度基本一致。针对无人机飞行过程中的速度调整,给出了在线协同速度调整策略,并进一步进行优化,设计了无人机无法建立通信时的离线辅助速度调整方案。针对实时避障问题,提出了基于逻辑回归(LR)曲线的实时避障策略。根据LR曲线的平滑性和形状可调性,证明了其作为避障曲线的可行性,给出了曲线参数的选取条件,设计了多种情况下的LR曲线生成方法。针对速度调整策略受限下的实时路径调整问题,给出了多段圆弧路径调整方案,该方案在进一步保证时间协同性的基础上保证了速度的协同性。随后,对应于该方案的多段圆弧路径,设计了便于圆弧跟踪的时变向量场导引方案,给出了向量场构建方法并对其稳定性进行了证明。最后,本文进行了基于多无人机协同编队集结的仿真试验,验证了本文针对各项待优化问题所提出的优化方案的可行性和有效性。
【图文】：

元胞自动机,基本构成,二维元,空间结构

图 3.1 元胞自动机基本构成图空间间是构成元胞自动机的基础，其结构模型的维数不定，可以根据需要进体的研究当中，为了减小问题复杂度，通常采用二维元胞空间结构，常的三种结构模型[69] 三角形网格（b）四边形网格（c）六边形图 3.2 二维元胞空间结构胞空间结构在实际应用当中各有优缺点[70]

二维元,空间结构

南京航空航天大学硕士学位论文13图 3.1 元胞自动机基本构成图3.2.2 元胞空间元胞空间是构成元胞自动机的基础，其结构模型的维数不定，可以根据需要进行任意进行划分在具体的研究当中，为了减小问题复杂度，通常采用二维元胞空间结构，常用结构有如图 3.2 所示的三种结构模型[69] （a）三角形网格（b）四边形网格（c）六边形网格图 3.2 二维元胞空间结构三种元胞空间结构在实际应用当中各有优缺点[70] 在三角形网格结构中，元胞单元的边界线只有三条，以至于其邻居数目会相对较少，在解决某些问题时具有很好的适用性，但在实际应用中需要利用计算机进行显示时，却需要将其转化为四边形网格结构，处理起来不够便捷四边形网格结构的优点是方便灵活，可以很方便地在计算机环境下进行有效的描述与显示但是其缺点也很明显，不能够完全模拟出各向同性的现象，即对于空间中某一元胞单元而言，其上下左右四个正方向与其左上左下右上右下四个侧方向的距离是不同的六边形网格能够很好地弥补四边形网格的缺点，，对于任意一个六边形单元而言，其与相邻的六个单元之
【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】：2018
【分类号】：TP18;V279;V249

【参考文献】