多无人机协同航迹规划及效能评估方法研究

发布时间：2017-06-05 11:19

  本文关键词：多无人机协同航迹规划及效能评估方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技的不断发展，现代化的战争环境日益复杂，仅仅依靠单架无人机将无法完成任务，多机协同作战必将是未来战争中一种主要的作战方式。 无人机的航迹规划是整个无人机任务规划系统的核心。目前航迹规划的研究更多的是关注单架无人机，而对于多机协同作战的航迹规划则研究较少。效能评估是军事领域中一个非常重要的组成部分，对其进行研究对指导军事行动具有很重要的应用价值和理论意义。当前对于单架无人机的效能评估较多，但是对于多机协同作战的效能评估还处于起步阶段。针对上述问题，本文以多机协同攻击同一目标作为背景研究了多机协同的航迹规划，并对多机按照不同的协同航迹规划方案的作战效能进行了评估。 首先，介绍了无人机航迹规划中的基本问题并对无人机航迹规划的主要方法进行了综述。重点研究了基于遗传算法和概率地图算法的航迹规划，用Matlab仿真验证了算法的有效性，并对这两种算法进行了比较分析，为下一步的多机协同航迹规划打好基础。 其次，给出了求解多机协同航迹规划的总体结构，将多机协同的航迹规划分为航迹规划层、协同控制层和航路控制层三个层次分层求解，在航迹规划层为编队中的每架无人机规划出备选的航路集，，并将规划的结果传到协同管理层，协同管理层采用时间协同的变量和代价函数进行航迹的选取，最后通过航路控制层对规划好的航迹进行平滑处理。用Matlab仿真验证了该算法的有效性，且通过航迹规划层的分层求解策略很好的解决了在线突发威胁下的多机协同航迹规划的问题。 最后，针对当前航迹规划仅仅依据代价函数作为判定准则的现状，提出了评估不同的航迹其作战效能的高低来进一步评价航迹优劣的方法。根据效能评估指标的选取原则和多机协同作战的特点，运用层次分析法建立了多机协同作战的效能评估指标体系，结合建立的指标体系采用灰色层次分析法对多机协同作战的两种典型的航迹方案的作战效能进行了评估，评估结果验证了所建立的评估指标体系的合理性，且采用评估效能的高低评价航迹的优劣此方法是可行的。
【关键词】：航迹规划 多无人机协同 层次分析 灰色理论 效能评估
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外发展及研究现状9-13
• 1.2.1 航迹规划系统国内外发展及研究现状9-10
• 1.2.2 航迹规划算法国内外发展及研究现状10-11
• 1.2.3 多机协同航迹规划国内外发展及研究现状11-12
• 1.2.4 作战效能评估的国内外研究现状12-13
• 1.3 论文的主要内容及结构安排13-15
• 1.3.1 研究的主要内容13
• 1.3.2 论文结构安排13-15
• 第2章 航迹规划的概述15-24
• 2.1 无人机航迹规划的基本问题15-19
• 2.1.1 数字地图15-17
• 2.1.2 无人机的性能约束17-18
• 2.1.3 战场环境约束18-19
• 2.1.4 航迹代价函数19
• 2.2 无人机航迹规划方法19-22
• 2.2.1 A*算法19-20
• 2.2.2 遗传算法20-21
• 2.2.3 Voronoi 图法21
• 2.2.4 概率图法21-22
• 2.2.5 蚁群算法22
• 2.3 本章小结22-24
• 第3章 航迹规划算法的研究24-34
• 3.1 基于遗传算法的航迹规划24-29
• 3.1.1 遗传算法的原理24-26
• 3.1.2 基因编码26-27
• 3.1.3 适应度函数的选取27
• 3.1.4 初始种群的选择27
• 3.1.5 遗传操作算子设计27-28
• 3.1.6 仿真结果及分析28-29
• 3.2 基于概率地图算法的航迹规划29-32
• 3.2.1 概率地图的构建30-31
• 3.2.2 PRM 算法实现31
• 3.2.3 仿真及结果分析31-32
• 3.3 航迹规划算法的比较32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 多无人机协同攻击航迹规划34-46
• 4.1 问题描述34-35
• 4.2 多机协同路径规划35-42
• 4.2.1 总体思路35-36
• 4.2.2 航迹规划层36-37
• 4.2.3 协同管理层37-41
• 4.2.4 航迹控制层41-42
• 4.3 仿真结果42-44
• 4.4 本章小结44-46
• 第5章 多无人机协同作战的效能评估46-56
• 5.1 效能评估的概述46-47
• 5.2 效能指标的选取原则47
• 5.3 灰色层次分析法简介47-51
• 5.4 效能评估模型的建立51-52
• 5.4.1 评估指标体系设计51
• 5.4.2 指标权重的计算51-52
• 5.5 实例计算及结果分析52-55
• 5.6 本章小结55-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 6.1 总结56-57
• 6.2 展望57-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士期间参加科研和发表论文情况62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

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本文编号：423621