无人机地面站软件设计及航迹规划算法研究

发布时间：2017-08-26 02:36

  本文关键词：无人机地面站软件设计及航迹规划算法研究

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【摘要】：随着科技的发展,无人机在军事领域的地位越来越重要。无人机地面站作为无人机系统的重要组成部分,已成为众多高校、组织与科研机构的热门研究领域。航迹规划是指使无人机在一定约束条件下,寻求从起点到终点的最优或次优路径,是实现无人机自主飞行的关键技术之一。本文开展了无人机地面站软件设计及航迹规划算法的研究,提出了相应的实现与改进方法。在无人机地面站软件方面,首先介绍了无人机地面站软件涉及的相关技术与理论,提出了地面站软件的总框架及具体的实现方法。地面站软件的功能模块主要分为四部分,分别为用户界面、串口通信、地图导航与航线规划。本文主要实现基于DotSpatial的导航电子地图及基于ArcGIS的航点编辑与航线绘制；其次,优化用户界面,实现任务管理功能、任务回放功能及任务设备管理等功能。在航迹规划方面,本文研究了将A-Star算法应用于无人机航迹规划。传统的A-Star算法应用于无人机航迹规划时,无法满足飞机自身飞行特性的要求(如飞行时的最小偏航角约束),且算法易陷入循环状态,同时还存在所规划的航线不够平滑的问题。为此,提出了改进的A-Star算法,在代价函数中引入了角度约束,实现了满足飞行约束条件的航迹规划,避免了循环状态的发生,并有效解决了路径规划中的平滑性问题。无人机地面站软件已应用于两型无人机项目的数次飞行试验中,实际应用表明,无人机地面站软件能准确、实时地发送遥控／任务指令并接收、显示遥测数据,可靠性高、通信实时性强。对改进的A-Star算法进行了仿真测试,结果表明该算法不仅提高了航迹规划效率,而且具有较强的寻优能力及适应性。
【关键词】：无人机地面站 导航电子地图 航迹规划 威胁建模 A-star算法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 本课题的研究背景与意义14-16
• 1.2 本课题的研究现状16-20
• 1.2.1 无人机地面站的研究现状16-19
• 1.2.2 航迹规划的研究现状19-20
• 1.3 本文组织20-22
• 第2章 无人机地面站相关技术及航迹规划概述22-31
• 2.1 无人机地面站系统理论概述22-23
• 2.2 导航电子地图部分相关理论23-25
• 2.2.1 ArcGIS概述24
• 2.2.2 Dotspatial概述24-25
• 2.3 Windows消息机制介绍25-28
• 2.3.1 Windows消息机制25-27
• 2.3.2 定时器27-28
• 2.4 航迹规划28-30
• 2.4.1 约束模型28-29
• 2.4.2 航迹规划算法29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 地面站软件总体框架及模块设计31-53
• 3.1 地面站软件框架设计31-35
• 3.1.1 地面站软件组成31-34
• 3.1.2 地面站软件结构34-35
• 3.2 基于DotSpatial的导航电子地图的实现35-38
• 3.2.1 导航电子地图基本操作的实现35-36
• 3.2.2 航点定位功能36-38
• 3.3 基本功能模块的实现38-44
• 3.3.1 用户界面设计38-40
• 3.3.2 任务管理功能实现40-43
• 3.3.3 任务设备控制功能实现43-44
• 3.4 航点显示与隐藏的实现44-47
• 3.5 航迹显示的实现47-50
• 3.6 无人机地面站软件测试50-52
• 3.7 本章小结52-53
• 第4章 基于改进A-Star的航迹规划算法53-64
• 4.1 概述及问题提出53
• 4.2 A-Star算法53-55
• 4.3 改进的A-Star算法55-60
• 4.3.1 威胁建模与分析55-57
• 4.3.2 算法改进57-60
• 4.4 仿真结果60-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 总结与展望64-66
• 5.1 工作总结64-65
• 5.2 研究展望65-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士期间主要的研究成果71

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本文编号：739185