无人机航迹规划与监控系统的研究与实现

发布时间：2017-05-16 08:00

  本文关键词：无人机航迹规划与监控系统的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人机在现代战争中的广泛应用，使得无人机安全飞行和准确完成任务成了国内外的研究热点。航迹规划能针对不同的任务需求为无人机提供一条或多条安全可行的航路，保证无人机的自主飞行。状态监控能实时反映无人机的状态，保证地面人员在无人机遇到突发威胁和故障时做出及时处理。航迹规划和状态监控是无人机地面站中的两个功能模块，在发展通用型地面站的趋势下，对这两个模块的研究与实现具有一定的实际意义。 本文的目标是开发出一套具备一定通用性的无人机航迹规划与监控系统。基于对国内外现有地面站的研究成果的调研，结合现有条件和技术，构建了系统的总体方案：确定了数字地图、虚拟仪表、分隔视图等基本组成；以及航迹规划、航迹跟踪和回放、航点编辑、飞行监控等基本功能；同时，增加了三维GIS地图、手动编辑航迹、编辑撤销/重做功能。 在航迹规划方面，通过对现有航迹规划算法的研究，基于现有的三维GIS条件，研究了三维GIS的A*搜索算法实现单机单目标的航迹规划，充分考虑油量、威胁系数和无人机物理约束等因素，确定出合理的代价函数作为节点搜索的估价函数。在此基础上，提出多无人机同时打击同一目标的问题。基于多无人机任务协同控制理论，采用分布式控制方法控制多无人机同时打击目标，利用非线性动态平均估计算法估算多无人机同时到达目标位置的平均时间，建立了分布式控制的控制方程，采用李雅普洛夫函数证明了系统的稳定性，并研究了受到干扰情况下系统的稳定性。 在软件实现上，基于发展通用型软件系统的需求，为提高系统的灵活性和可扩展性，利用分隔视图技术搭建了软件的控制台；采用命令设计模式实现了航点编辑中的撤销和重做功能；运用组件化思想，将网络通信模块封装为动态链接库，实现其任意调用；同时将虚拟仪表设计为独立的控件，，可以任意嵌入到其他系统中；采用二维矢量地图和三维GIS以及数据库技术实现了基于三维空间的航迹规划、航迹跟踪和回放，以及状态监控等功能。经过测试，软件实现了航迹规划和监控的基本功能，为后续的深入研究奠定了基础。
【关键词】：无人机 航迹规划 同时打击任务 监控系统 GIS
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及国内外现状11-16
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2 研究目标及内容16-17
• 1.3 论文的组织结构17-19
• 第二章 相关理论与技术研究19-29
• 2.1 多无人机协同控制理论19-20
• 2.2 数字地图技术20-25
• 2.2.1 二维矢量地图技术20-24
• 2.2.2 三维 GIS 技术24-25
• 2.3 组件化思想25-26
• 2.4 虚拟仪表技术26-27
• 2.5 数据库技术27
• 2.6 网络通信协议27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 无人机航迹规划及其监控系统的总体设计29-40
• 3.1 系统设计的方案论述29-30
• 3.2 系统的需求分析30-32
• 3.2.1 系统的功能需求30-32
• 3.2.2 系统的设计原则32
• 3.3 系统的总体设计32-39
• 3.3.1 用户控制层的设计34-38
• 3.3.2 数据管理层的设计38-39
• 3.3.3 网络通信层的设计39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 无人机航迹规划的研究40-58
• 4.1 引言40
• 4.2 单机单目标航迹规划算法40-48
• 4.2.1 无人机的仿真建模41-43
• 4.2.2 飞行环境建模43-44
• 4.2.3 A*算法代价函数的选取44-46
• 4.2.4 航迹规划算法的应用46-48
• 4.3 同时打击任务的提出48-51
• 4.4 分布式控制多无人机同时到达51-54
• 4.4.1 非线性动态平均估计算法51-54
• 4.4.2 非线性动态平均算法的应用54
• 4.5 仿真结果54-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 无人机航迹规划与监控系统的实现58-83
• 5.1 用户控制层实现58-75
• 5.1.1 控制台模块的实现58-63
• 5.1.2 飞行状态监控模块的实现63-71
• 5.1.3 任务规划模块的实现71-75
• 5.3 网络通信模块75-80
• 5.3.1 UDP 协议的实现76-79
• 5.3.2 TCP 协议的实现79-80
• 5.5 数据管理模块80-82
• 5.5.1 系统的关系数据库的设计80-81
• 5.5.2 数据库的连接81-82
• 5.6 本章小结82-83
• 第六章 系统测试与结果分析83-92
• 6.1 用户控制层测试83-90
• 6.1.1 控制台模块测试83-84
• 6.1.2 状态监控模块测试84-88
• 6.1.3 航迹规划模块测试88-90
• 6.2 网络通信层测试90-91
• 6.3 本章小结91-92
• 第七章 总结与展望92-94
• 7.1 本文总结92-93
• 7.2 展望93-94
• 致谢94-95
• 参考文献95-98

【参考文献】

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本文编号：370245