多无人机协同的飞行航迹规划问题研究
发布时间：2021-07-27 20:18
无人机的飞行环境日益复杂,飞行任务要求越来越高,利用信息共享和资源优化建立多平台自主任务协同成为无人机技术发展的趋势。针对无人机执行协同任务及进行航迹规划的需要,在无人机四维飞行航迹规划相关研究的理论基础上,提出了一种更适合满足无人机航迹规划需求的改进的tau-H制导策略,在此基础上进行协同任务下的航迹规划求解。为了增强无人机的自主化程度,提升航迹对环境的适应性,使其能够通过经验积累对航迹进行快速决策,提出了一种结合强化学习的航迹规划方法,通过建立状态动作映射使改进的tau-H制导策略方法得到关联。通过仿真算例分析对该方法进行了可行性的验证。基于改进的tau-H制导策略的四维航迹规划方法,在常用的tau-H运动策略的基础上,通过在运动间距表达式中引入初速度的相关项,克服了其固有的仅能考虑始末速度为零的情况的缺陷,可实现无人机始末非静止的到达时间和速度的四维运动匹配。采用改进的tau-H制导策略规划多无人机协同的四维航迹,结合优化目标和各约束条件将多无人机的航迹规划问题转化为目标费用函数极值问题,简化求解难度;利用粒子群算法搜索各无人机初始耦合系数,形成全局航迹预规划;基于建立各无人机间...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１常见的无人机外形图??
其研发的Ｓｋｙｌａｒｋ?３型无人机的试飞，可利用其搭载的先进的传感系统来执行识??别目标，分类并监视目标的任务，在执行任务时，通过一个地面基站可以同时控??制两架无人机如图１．１（ａ）；在民用领域，Ｉｎｔｅｌ公司在２０１６年１０月推出了面向企??业用户市场的无人机Ｉｎｔｅｌ?Ｆａｌｃｏｎ?８＋，可实现有效载荷８００ｇ，可飞遥控范围ｌｋｍ，??续航时间大约在１６至２６分钟之间，目的在于实现对大型设施设备或大型飞机等??结构的检测，如图１．１（６）。无人机的体积小，成本低，续航时间长，适用环境要??求低，拥有良好的隐蔽性和安全性能等特点，在未来的军事和民用领域具有越来??越广阔的应用前景和研究价值［１］［２］［３］［４］。??１?／?＾??—±—??（ａ）?Ｓｋｙｌａｒｋ?３?（ｂ）?Ｆａｌｃｏｎ?８＋??图１．１常见的无人机外形图??２１世纪以来，无人机技术的发展越来越集中向集群技术、协同飞行和自主??任务执行等智能化技术方向发展。由于单架无人机执行任务的能力有限，接收和??处理信息能力较弱，同时未来复杂的飞行环境需要也刺激了对飞行任务的多个体??协同的发展要求。在２０１６年７月美国海军公布了其一项名为蝗虫的无人机群项??目
??传统方法将高维空间投影至低维空间，或将规划空间进行栅格单元化，寻找??障碍环境等边界，采用动态规划法％或人工势场１ｍ等如图１．３（ｃ）方法找到路径能??够连接初始点到目标点，如果考虑时间维度时，通过为航点分配速度来满足相应??的时间约束。智能优化算法则多采用启发式算法，如蚁群算法［３°］、Ａ＊算法［３１］、遗??传算法［３２‘３３］等求解优化航迹问题的最优解或较优解。??Ｐ?－Ｙ．Ｍ?ＴＴｒｒｉ．ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴｌ?Ｉ?ｇ〇ａｌ?丨??ｆｒｅＡ?ｉｌｌ１??［ＬＳｆＴ？：?ｌｉｌＢ?一??Ｉ?．：：：主：－ｊ４４４．￣ｌ４－ｌ．￣ｉ＿．ｊ＿＿ｌ？■仁：：???１??＇、？＇?Ｊ?＾?＾?ｊ?＊?８?－：?，：?ｕ?＂?＂?？?Ｉ?ｓｔａｒｔ?Ｉ??Ｗ?Ｖｏｒｉｎｏ图?（？栅格法?（ｃ＊）人工势场??图１．３常用路径规划方法??对于离散型的三维航迹规划问題，Ｄａｒｉｏ等Ｍ进行无人机协同航迹规划时，??采用Ｖｏｒｉｎｏｉ图将高维空间筒化为低维任务空间，然后使用动态规划的方法在离??散空间内求解，如图１．３（ａ）；?Ｓａｎｇｗｏｏ等［３ｙ采用Ａ＊算法对多无人机二维图空间进??行搜索，连接各航迹点形成最终航迹。图搜索法关于ＮＰ－ｈａｒｄ类相关问题的求解??能力较强
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国小型无人机发展现状与思考[J]. 刘波. 技术与市场. 2017(12)
[2]无人机演变与发展研究综述[J]. 卢俊文,王倩营. 飞航导弹. 2017(11)
[3]有/无人机编队协同作战指挥控制关键技术综述[J]. 李相民,薄宁,代进进,唐嘉钰. 飞航导弹. 2017(09)
[4]民用航空器四维航迹预测技术综述[J]. 朱海波,张军峰,刘杰,陈强. 航空计算技术. 2017(02)
[5]基于改进蚁群算法的无人机动态航路规划[J]. 林娜,刘二超. 计算机测量与控制. 2016(03)
[6]基于改进人工势场法的无人机路径规划算法[J]. 丁家如,杜昌平,赵耀,尹登宇. 计算机应用. 2016(01)
[7]基于批量递归最小二乘的自然Actor-Critic算法[J]. 王国芳,方舟,李平. 浙江大学学报(工学版). 2015(07)
[8]基于改进A*算法的三维航迹规划技术研究[J]. 唐晓东,吴静. 电子技术应用. 2015(05)
[9]基于Tau理论的机器人抓取运动仿生轨迹规划[J]. 张书涛,张震,钱晋武. 机械工程学报. 2014(13)
[10]基于A*算法的无人机四维航迹规划研究[J]. 周青,李广文. 计算机仿真. 2014(04)
博士论文
[1]生物启发的多无人机协同四维航迹规划方法研究[D]. 杨祖强.浙江大学 2016
[2]动态环境下多UCAV分布式在线协同任务规划技术研究[D]. 苏菲.国防科学技术大学 2013
[3]多无人机协同目标跟踪问题建模与优化技术研究[D]. 王林.国防科学技术大学 2011
[4]多UCAV动态协同任务规划建模与滚动优化方法研究[D]. 霍霄华.国防科学技术大学 2007
[5]飞行器航迹规划方法研究[D]. 郑昌文.华中科技大学 2003
[6]增强学习及其在移动机器人导航与控制中的应用研究[D]. 徐昕.国防科学技术大学 2002
硕士论文
[1]基于四维航迹预测的冲突探测[D]. 谢丽.南京航空航天大学 2013
[2]航空器无冲突4D航迹推测与生成[D]. 陆志伟.南京航空航天大学 2012
[3]多智能体系统中的Q学习算法研究[D]. 乔林.南京邮电大学 2012
本文编号：3306470
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１常见的无人机外形图??
其研发的Ｓｋｙｌａｒｋ?３型无人机的试飞，可利用其搭载的先进的传感系统来执行识??别目标，分类并监视目标的任务，在执行任务时，通过一个地面基站可以同时控??制两架无人机如图１．１（ａ）；在民用领域，Ｉｎｔｅｌ公司在２０１６年１０月推出了面向企??业用户市场的无人机Ｉｎｔｅｌ?Ｆａｌｃｏｎ?８＋，可实现有效载荷８００ｇ，可飞遥控范围ｌｋｍ，??续航时间大约在１６至２６分钟之间，目的在于实现对大型设施设备或大型飞机等??结构的检测，如图１．１（６）。无人机的体积小，成本低，续航时间长，适用环境要??求低，拥有良好的隐蔽性和安全性能等特点，在未来的军事和民用领域具有越来??越广阔的应用前景和研究价值［１］［２］［３］［４］。??１?／?＾??—±—??（ａ）?Ｓｋｙｌａｒｋ?３?（ｂ）?Ｆａｌｃｏｎ?８＋??图１．１常见的无人机外形图??２１世纪以来，无人机技术的发展越来越集中向集群技术、协同飞行和自主??任务执行等智能化技术方向发展。由于单架无人机执行任务的能力有限，接收和??处理信息能力较弱，同时未来复杂的飞行环境需要也刺激了对飞行任务的多个体??协同的发展要求。在２０１６年７月美国海军公布了其一项名为蝗虫的无人机群项??目
??传统方法将高维空间投影至低维空间，或将规划空间进行栅格单元化，寻找??障碍环境等边界，采用动态规划法％或人工势场１ｍ等如图１．３（ｃ）方法找到路径能??够连接初始点到目标点，如果考虑时间维度时，通过为航点分配速度来满足相应??的时间约束。智能优化算法则多采用启发式算法，如蚁群算法［３°］、Ａ＊算法［３１］、遗??传算法［３２‘３３］等求解优化航迹问题的最优解或较优解。??Ｐ?－Ｙ．Ｍ?ＴＴｒｒｉ．ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴｌ?Ｉ?ｇ〇ａｌ?丨??ｆｒｅＡ?ｉｌｌ１??［ＬＳｆＴ？：?ｌｉｌＢ?一??Ｉ?．：：：主：－ｊ４４４．￣ｌ４－ｌ．￣ｉ＿．ｊ＿＿ｌ？■仁：：???１??＇、？＇?Ｊ?＾?＾?ｊ?＊?８?－：?，：?ｕ?＂?＂?？?Ｉ?ｓｔａｒｔ?Ｉ??Ｗ?Ｖｏｒｉｎｏ图?（？栅格法?（ｃ＊）人工势场??图１．３常用路径规划方法??对于离散型的三维航迹规划问題，Ｄａｒｉｏ等Ｍ进行无人机协同航迹规划时，??采用Ｖｏｒｉｎｏｉ图将高维空间筒化为低维任务空间，然后使用动态规划的方法在离??散空间内求解，如图１．３（ａ）；?Ｓａｎｇｗｏｏ等［３ｙ采用Ａ＊算法对多无人机二维图空间进??行搜索，连接各航迹点形成最终航迹。图搜索法关于ＮＰ－ｈａｒｄ类相关问题的求解??能力较强
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国小型无人机发展现状与思考[J]. 刘波. 技术与市场. 2017(12)
[2]无人机演变与发展研究综述[J]. 卢俊文,王倩营. 飞航导弹. 2017(11)
[3]有/无人机编队协同作战指挥控制关键技术综述[J]. 李相民,薄宁,代进进,唐嘉钰. 飞航导弹. 2017(09)
[4]民用航空器四维航迹预测技术综述[J]. 朱海波,张军峰,刘杰,陈强. 航空计算技术. 2017(02)
[5]基于改进蚁群算法的无人机动态航路规划[J]. 林娜,刘二超. 计算机测量与控制. 2016(03)
[6]基于改进人工势场法的无人机路径规划算法[J]. 丁家如,杜昌平,赵耀,尹登宇. 计算机应用. 2016(01)
[7]基于批量递归最小二乘的自然Actor-Critic算法[J]. 王国芳,方舟,李平. 浙江大学学报(工学版). 2015(07)
[8]基于改进A*算法的三维航迹规划技术研究[J]. 唐晓东,吴静. 电子技术应用. 2015(05)
[9]基于Tau理论的机器人抓取运动仿生轨迹规划[J]. 张书涛,张震,钱晋武. 机械工程学报. 2014(13)
[10]基于A*算法的无人机四维航迹规划研究[J]. 周青,李广文. 计算机仿真. 2014(04)
博士论文
[1]生物启发的多无人机协同四维航迹规划方法研究[D]. 杨祖强.浙江大学 2016
[2]动态环境下多UCAV分布式在线协同任务规划技术研究[D]. 苏菲.国防科学技术大学 2013
[3]多无人机协同目标跟踪问题建模与优化技术研究[D]. 王林.国防科学技术大学 2011
[4]多UCAV动态协同任务规划建模与滚动优化方法研究[D]. 霍霄华.国防科学技术大学 2007
[5]飞行器航迹规划方法研究[D]. 郑昌文.华中科技大学 2003
[6]增强学习及其在移动机器人导航与控制中的应用研究[D]. 徐昕.国防科学技术大学 2002
硕士论文
[1]基于四维航迹预测的冲突探测[D]. 谢丽.南京航空航天大学 2013
[2]航空器无冲突4D航迹推测与生成[D]. 陆志伟.南京航空航天大学 2012
[3]多智能体系统中的Q学习算法研究[D]. 乔林.南京邮电大学 2012
本文编号：3306470
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