无人机协同跟踪地面目标制导律设计及验证
发布时间：2023-03-04 19:50
对地面目标的自动跟踪是无人机的重要应用之一,在军事和民用领域皆有广泛的应用前景,具有十分重要的理论意义和工程价值。本文以固定翼无人机为研究对象,运用微分几何理论,分别设计了无人机过顶跟踪和定距跟踪的制导律,并且提出了一种基于Leader-Follower编队模式的多无人机协同跟踪制导律。本文研究的前提是无人机内回路控制系统已经设计完成且能很好的响应外回路的制导指令,同时存在一个地面目标运动状态指示系统(GMTI)用于实时获取地面目标的位置、航向、速度等状态信息。首先,本文对过顶跟踪和定距跟踪分别进行了分析和建模。采用二维运动学模型并结合微分几何曲线理论中的Frenet-Serret(弗雷涅-塞雷)标架分别搭建了无人机过顶跟踪和定距跟踪3DOF数学模型;在此基础上设计了无人机过顶跟踪和定距跟踪制导律并完成了稳定性分析,且分别针对静止、匀速直线和变速变向的地面目标进行了Matlab/Simulink下的仿真验证;最后,将两种跟踪模式的制导律在形式上进行了统一,以适用于不同的跟踪对象。其次,在单机跟踪制导律的基础上,研究了多架无人机协同定距跟踪地面目标的制导问题。提出了一种新型基于Leade...
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 无人机的概述及发展
1.2 课题研究背景与意义
1.2.1 课题研究背景
1.2.2 课题研究目的和意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 单机制导律设计研究现状
1.3.2 无人机协同跟踪研究现状
1.3.3 无人机仿真验证环境研究现状
1.4 课题研究内容与关键技术
1.5 论文章节安排
第二章 无人机跟踪地面目标运动分析与建模
2.1 引言
2.2 无人机跟踪过程分析
2.3 坐标系的定义和转换
2.4 无人机模型
2.4.1 六自由度(6DOF)模型
2.4.2 二维运动学模型
2.5 单机跟踪地面目标数学模型
2.5.1 Frenet-Serret标架
2.5.2 二维Frenet-Serret标架下的数学关系
2.5.3 无人机期望相对速度分析
2.6 无人机协同跟踪地面目标运动分析
2.6.1 Leader-Follower编队模式
2.6.2 基于Leader-Follower编队的多无人机运动模型
2.7 本章小结
第三章 无人机单机跟踪制导律设计
3.1 引言
3.2 无人机过顶跟踪制导律设计
3.2.1 无人机过顶跟踪问题概述
3.2.2 基于视线角的无人机过顶跟踪制导律
3.2.3 新型过顶跟踪制导律
3.2.3.1 基于微分几何的过顶跟踪数学关系
3.2.3.2 新型过顶跟踪制导律设计
3.2.3.3 仿真结果与性能分析
3.3 无人机定距跟踪制导律设计
3.3.1 无人机定距跟踪问题概述
3.3.2 基于侧方位角(Sidebearingangle)的定距跟踪地面目标制导律
3.3.3 新型定距跟踪地面目标制导律
3.3.3.1 基于微分几何的定距跟踪数学关系
3.3.3.2 新型定距跟踪制导律设计
3.3.3.3 仿真结果与性能分析
3.4 统一形式的地面目标跟踪制导律
3.4.1 统一形式地面目标跟踪制导律设计
3.4.2 统一形式地面目标跟踪制导律稳定性分析
3.4.3 仿真结果与性能分析
3.5 本章小结
第四章 多无人机协同跟踪制导律设计
4.1 引言
4.2 无人机协同跟踪问题概述
4.3 基于Lyapunov向量场的无人机协同制导律
4.4 新型协同跟踪地面目标制导律
4.4.1 多机协同跟踪运动数学关系
4.4.2 多机协同跟踪制导律设计
4.5 仿真结果与性能分析
4.5.1 静止目标仿真
4.5.2 运动目标仿真
4.5.3 制导律性能分析
4.6 本章小结
第五章 综合仿真验证环境设计
5.1 引言
5.2 仿真验证环境架构及设计目标
5.3 多机遥控遥测软件设计
5.3.1 无人机遥控与遥测概述
5.3.2 遥控遥测软件的开发
5.3.2.1 开发目标及开发环境
5.3.2.2 多机遥控遥测软件设计界面
5.3.3 多无人机遥控与遥测协议设计
5.3.3.1 通信拓扑结构
5.3.3.2 编队上行数据帧
5.3.3.3 编队下行数据帧
5.3.3.4 地面站与长僚机通信IP地址与端口设定
5.3.4 多无人机机间链路协议设计
5.3.4.1 机间链通信数据帧
5.3.4.2 机间链长僚机通信IP地址与端口设定
5.4 无人机二维航迹显示软件设计
5.4.1 ArcGIS地理信息系统
5.4.2 ArcgisEngine技术
5.4.3 用户界面总体规划
5.4.4 系统功能框架设计
5.4.5 系统功能设计过程
5.5 本章小结
第六章 六自由度模型实时综合仿真验证
6.1 引言
6.2 仿真验证环境
6.3 六自由度模型仿真验证
6.3.1 仿真验证方案
6.3.2 仿真验证结果
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文主要工作内容总结
7.2 论文后续工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3754895
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 无人机的概述及发展
1.2 课题研究背景与意义
1.2.1 课题研究背景
1.2.2 课题研究目的和意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 单机制导律设计研究现状
1.3.2 无人机协同跟踪研究现状
1.3.3 无人机仿真验证环境研究现状
1.4 课题研究内容与关键技术
1.5 论文章节安排
第二章 无人机跟踪地面目标运动分析与建模
2.1 引言
2.2 无人机跟踪过程分析
2.3 坐标系的定义和转换
2.4 无人机模型
2.4.1 六自由度(6DOF)模型
2.4.2 二维运动学模型
2.5 单机跟踪地面目标数学模型
2.5.1 Frenet-Serret标架
2.5.2 二维Frenet-Serret标架下的数学关系
2.5.3 无人机期望相对速度分析
2.6 无人机协同跟踪地面目标运动分析
2.6.1 Leader-Follower编队模式
2.6.2 基于Leader-Follower编队的多无人机运动模型
2.7 本章小结
第三章 无人机单机跟踪制导律设计
3.1 引言
3.2 无人机过顶跟踪制导律设计
3.2.1 无人机过顶跟踪问题概述
3.2.2 基于视线角的无人机过顶跟踪制导律
3.2.3 新型过顶跟踪制导律
3.2.3.1 基于微分几何的过顶跟踪数学关系
3.2.3.2 新型过顶跟踪制导律设计
3.2.3.3 仿真结果与性能分析
3.3 无人机定距跟踪制导律设计
3.3.1 无人机定距跟踪问题概述
3.3.2 基于侧方位角(Sidebearingangle)的定距跟踪地面目标制导律
3.3.3 新型定距跟踪地面目标制导律
3.3.3.1 基于微分几何的定距跟踪数学关系
3.3.3.2 新型定距跟踪制导律设计
3.3.3.3 仿真结果与性能分析
3.4 统一形式的地面目标跟踪制导律
3.4.1 统一形式地面目标跟踪制导律设计
3.4.2 统一形式地面目标跟踪制导律稳定性分析
3.4.3 仿真结果与性能分析
3.5 本章小结
第四章 多无人机协同跟踪制导律设计
4.1 引言
4.2 无人机协同跟踪问题概述
4.3 基于Lyapunov向量场的无人机协同制导律
4.4 新型协同跟踪地面目标制导律
4.4.1 多机协同跟踪运动数学关系
4.4.2 多机协同跟踪制导律设计
4.5 仿真结果与性能分析
4.5.1 静止目标仿真
4.5.2 运动目标仿真
4.5.3 制导律性能分析
4.6 本章小结
第五章 综合仿真验证环境设计
5.1 引言
5.2 仿真验证环境架构及设计目标
5.3 多机遥控遥测软件设计
5.3.1 无人机遥控与遥测概述
5.3.2 遥控遥测软件的开发
5.3.2.1 开发目标及开发环境
5.3.2.2 多机遥控遥测软件设计界面
5.3.3 多无人机遥控与遥测协议设计
5.3.3.1 通信拓扑结构
5.3.3.2 编队上行数据帧
5.3.3.3 编队下行数据帧
5.3.3.4 地面站与长僚机通信IP地址与端口设定
5.3.4 多无人机机间链路协议设计
5.3.4.1 机间链通信数据帧
5.3.4.2 机间链长僚机通信IP地址与端口设定
5.4 无人机二维航迹显示软件设计
5.4.1 ArcGIS地理信息系统
5.4.2 ArcgisEngine技术
5.4.3 用户界面总体规划
5.4.4 系统功能框架设计
5.4.5 系统功能设计过程
5.5 本章小结
第六章 六自由度模型实时综合仿真验证
6.1 引言
6.2 仿真验证环境
6.3 六自由度模型仿真验证
6.3.1 仿真验证方案
6.3.2 仿真验证结果
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文主要工作内容总结
7.2 论文后续工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3754895
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3754895.html
