航迹规划算法研究及视景显示

发布时间：2017-09-30 10:23

  本文关键词：航迹规划算法研究及视景显示

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【摘要】：航迹规划系统是提升军队远程武器精确打击能力的有效工具,是无人机自主飞行的技术保障。航迹规划算法是航迹规划系统的核心。本文研究了离线单航迹规划算法、离线多航迹规划算法及实时航迹规划算法,并且设计了三维航迹视景软件。具体内容包括以下几个方面:针对单航迹规划问题,建立了双层规划策略。首先利用Dijkstra算法得到粗略的优化航迹,进而采用遗传算法控制贝塞尔曲线对其进行优化。仿真结果表明:双层规划策略算法可以在大范围威胁环境下得到威胁回避及地下回避的可飞平滑航迹,更加适合飞行器跟踪。针对多航迹规划问题,提出了NSGA多目标航迹规划算法及KNSGA多航迹进化算法。利用快速Pareto排序及拥挤距离进行航迹选择,并引入了多个功能不一的进化算子进行多目标航迹规划。以K-Means聚类算法保证多群体并行进化,实现多航迹规划。仿真结果表明:KNSGA算法能够得到分布于规划空间中的多条较优的航迹。针对实时航迹规划问题,提出改进的RRT算法。将飞行器运动约束加入到RRT算法中,并加入一定视觉及目标启发式信息。仿真结果表明:改进RRT算法能够快速得到满足飞行器运动约束的航迹。建立了无人直升机运动模型,实现快慢回路划分基础上的动态逆解耦控制及CMAC、PID并行控制。针对三维航迹视景系统设计,研究了随机地形生成算法、威胁建模方法、分形曲面插值方法、数字地图技术及基于Qt与Vega Creator/Prime的三维视景显示技术。设计的三维航迹视景软件运行稳定,能够完成三维航迹规划的显示。
【关键词】：航迹规划 遗传算法 进化算法 快速扩展随机树 K均值聚类算法 虚拟现实
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP18;TP391.9
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 航迹规划的基本要求12-14
• 1.2.1 飞行器的性能要求12-13
• 1.2.2 飞行任务要求13
• 1.2.3 实时性要求13
• 1.2.4 协作性要求13-14
• 1.3 航迹规划系统的关键技术14-16
• 1.3.1 地形和敌情信息获取与处理14
• 1.3.2 建立威胁模型14
• 1.3.3 航迹规划算法14-15
• 1.3.4 轨迹跟踪控制15-16
• 1.4 本课题当前国内外研究现状及分析16-17
• 1.5 本课题的主要内容17-19
• 第二章 单航迹规划技术19-37
• 2.1 引言19
• 2.2 航迹规划数学模型19-20
• 2.3 威胁空间建模20-23
• 2.3.1 地形因素20-21
• 2.3.2 人为威胁因素21-22
• 2.3.3 威胁模拟22-23
• 2.4 Dijkstra初步规划算法23-28
• 2.4.1 威胁预处理及航迹评价23-26
• 2.4.2 Dijkstra算法寻优26
• 2.4.3 Dijkstra算法仿真26-28
• 2.5 基于Bézier曲线控制的遗传算法28-33
• 2.5.1 Bézier曲线28-29
• 2.5.2 遗传算法过程29-32
• 2.5.3 算法流程32-33
• 2.6 算法综合仿真设计33-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第三章 多航迹规划技术37-59
• 3.1 引言37
• 3.2 多航迹规划数学模型37-38
• 3.3 基于改进多目标进化算法的航迹规划38-50
• 3.3.1 实数编码方式39
• 3.3.2 航迹评价函数39-41
• 3.3.3 快速Pareto排序41-44
• 3.3.4 拥挤距离策略44-45
• 3.3.5 进化算子改进45-48
• 3.3.6 模糊控制矩阵48-50
• 3.4 K-means聚类算法50-51
• 3.5 KNSGA算法设计51-54
• 3.6 综合仿真及分析54-58
• 3.7 本章小结58-59
• 第四章 实时航迹规划算法研究59-73
• 4.1 引言59-60
• 4.2 问题描述60-63
• 4.2.1 约束条件分析61
• 4.2.2 飞行器运动学模型61-63
• 4.3 基本RRT与RRT*算法63-68
• 4.3.1 航迹规划问题定义64
• 4.3.2 基本RRT算法64-66
• 4.3.3 改进RRT算法66-68
• 4.4 改进RRT航迹规划算法68-70
• 4.5 综合仿真分析70-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 无人直升机飞行控制73-92
• 5.1 引言73
• 5.2 直升机非线性模型73-78
• 5.2.1 直升机运动方程线性化处理74-76
• 5.2.2 直升机开环特性分析76-78
• 5.3 基于快慢回路划分的非线性逆解耦控制78-85
• 5.3.1 非线性动态逆及快慢回路划分78-79
• 5.3.2 解耦控制仿真79-82
• 5.3.3 动态逆控制的鲁棒性分析82-85
• 5.4 自主飞行控制85-91
• 5.4.1 制导参数计算85-87
• 5.4.2 飞行控制率设计87-88
• 5.4.3 轨迹跟踪控制器仿真88-91
• 5.5 本章小结91-92
• 第六章 地形建模与三维视景仿真技术92-110
• 6.1 引言92
• 6.2 数字地图技术概述92-94
• 6.2.1 数字地图分类93
• 6.2.2 数字高程图93-94
• 6.3 模拟地形生成算法及分形插值算法仿真94-101
• 6.3.1 随机地形生成及山峰模拟仿真94-97
• 6.3.2 分型插值算法及仿真97-101
• 6.4 基于Vega Prime的三维视景仿真101-105
• 6.4.1 Creator三维视景建模101-102
• 6.4.2 Vega Prime三维视景渲染102-104
• 6.4.3 Vega Prime路径配置方法104-105
• 6.5 基于Qt-VP的飞行仿真105-109
• 6.5.1 配置编译环境105-107
• 6.5.2 三维虚拟综合仿真107-109
• 6.6 本章小结109-110
• 第七章 系统综合仿真与结论110-116
• 7.1 三维航迹规划系统基本结构110-111
• 7.2 软件仿真流程111-113
• 7.3 软件功能界面113-115
• 7.4 本章小结115-116
• 第八章 总结与展望116-117
• 8.1 总结116
• 8.2 展望116-117
• 参考文献117-125
• 致谢125-126
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文126-129
• 附件129

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张瑞玲;;基于多目标的航迹评价方法[J];黑龙江科技信息;2013年27期

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3 杜萍,杨春;飞行器航迹规划算法综述[J];飞行力学;2005年02期

4 高攀,沈春林;一种高效的数字地图高程数据存储格式[J];航空电子技术;2001年03期

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本文编号：947670