飞行器航迹规划与航迹控制算法研究与实现

发布时间：2017-05-14 13:12

  本文关键词：飞行器航迹规划与航迹控制算法研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 目前在飞行器航迹规划和航迹控制这一研究领域中,寻找飞行器最优航迹成为一个重要的研究方向。对于军用飞行器,能够最大限度的利用地形信息和敌情信息,综合考虑飞行器的各个相关的参数,为飞行器设计出生存概率最大的飞行航迹,是获取战争空间优势的基础。而目前的航迹规划算法时间复杂度比较高,收敛速度较慢,对突发障碍物的处理往往不及时,不适合战场环境下的航迹规划。针对这个特点,如果能够充分考虑飞行器航迹规划的实时性要求,设计出时间复杂性低的航迹规划算法,则有望突破传统的航迹规划算法的瓶颈,本文即以此为出发点,研究飞行器的航迹规划和航迹控制算法,及其在飞行器导航中的应用。 本文首先对基于栅格法和人工势场法思想的离线航迹规划算法进行了研究。在离线航迹规划阶段,最优全局航迹规划和安全走廊可以通过综合地面计算机的大范围多种信息的方法来获得。全局参考航迹的生成算法采用改进的栅格法,安全走廊的宽度由规划中的误差范围来决定。 其次,本文重点对实时航迹规划算法进行了研究。在飞行器运行过程中,在特定的时间间隔内要根据新的信息对参考航迹进行实时的更新。由于障碍物威胁程度的不同,采用了不同的策略来避免与其相撞,这些策略包括:忽略,绕行和躲避。与卡尔曼滤波相结合可以得到更精确的实时参考航迹。因此,此算法具有使飞行器规避突然出现的威胁源的实时修正航迹的能力。然后本文提出了用于控制飞行器在跟踪参考航迹过程中出现的航迹偏移和偏航角的航迹控制算法,该算法能有效地使航迹偏移量和偏航角在给定的时间约束内收敛。本文应用了输入输出线性化理论推导出状态反馈控制律。 最后本文实现了飞行器飞行模拟演示系统。系统主要对飞行器飞行过程中的路径规划和航迹控制进行演示,实时的给出飞行过程中的各种主要参数的变化。仿真结果证明了航迹规划算法和航迹控制算法的有效性。
【关键词】：航迹规划 航迹控制 状态反馈
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景10-12
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究的背景、目的和意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 航迹规划的国内外研究现状12-15
• 1.2.2 卡尔曼滤波的发展概况15
• 1.3 本文的主要研究内容和章节安排15-17
• 第2章 飞行器航迹规划算法研究17-34
• 2.1 航迹规划算法的理论基础17-18
• 2.1.1 航迹规划的定义17
• 2.1.2 栅格法17-18
• 2.1.3 人工势场法18
• 2.2 航迹规划算法的设计18-19
• 2.2.1 航迹规划要满足的约束18-19
• 2.2.2 航迹规划算法的总体结构19
• 2.3 全局航迹规划算法19-25
• 2.3.1 基于栅格的最优路径规划算法19-21
• 2.3.2 改进的全局路径规划算法21-25
• 2.4 局部动态航迹规划算法25-30
• 2.4.1 改进的障碍物威胁系数计算方法26-27
• 2.4.2 绕行策略27-29
• 2.4.3 躲避策略29-30
• 2.5 航迹平滑算法30-31
• 2.5.1 算法原理30
• 2.5.2 算法步骤30-31
• 2.6 航迹规划算法流程31
• 2.7 本章小结31-34
• 第3章 飞行器航迹控制算法研究34-51
• 3.1 飞行器航迹控制系统的数学模型的建立34-36
• 3.1.1 飞机质点运动方程的时标分析34-36
• 3.1.2 飞行器质点水平运动方程的建立36
• 3.2 卡尔曼滤波算法36-38
• 3.2.1 卡尔曼滤波算法原理36-37
• 3.2.2 随机线性离散系统的卡尔曼滤波基本方程37
• 3.2.3 卡尔曼滤波过程37-38
• 3.3 航迹反馈控制律的分析38-45
• 3.3.1 输入输出线性化理论38-39
• 3.3.2 航迹偏移方程的建立39-40
• 3.3.3 反馈控制律的建立40-43
• 3.3.4 反馈控制律收敛性的证明43-45
• 3.4 反馈控制算法流程45
• 3.5 反馈控制律中各参数的选取及仿真结果45-50
• 3.5.1 参数t 对反馈控制的影响48
• 3.5.2 参数k1对反馈控制的影响48
• 3.5.3 参数k2对反馈控制的影响48-50
• 3.5.4 各参数的取值方法50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 飞行器飞行模拟系统设计与实现51-62
• 4.1 引言51
• 4.2 系统功能51-53
• 4.2.1 主显示区51-52
• 4.2.2 控制区52
• 4.2.3 数据显示区52
• 4.2.4 图表显示区52-53
• 4.3 系统实现方法53
• 4.4 系统运行结果53-61
• 4.4.1 航迹规划算法在系统中的实现55-58
• 4.4.2 卡尔曼滤波算法在系统中的实现58-60
• 4.4.3 状态反馈算法在系统中的实现60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-68
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明68
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书68
• 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理68-69
• 致谢69

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 马培蓓;纪军;;3种多导弹航迹规划算法的比较[J];电光与控制;2010年10期

2 郭腾飞;王宏伦;梁宵;;基于流函数法的无人机航路规划[J];战术导弹技术;2011年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 胡木;基于速度矢量场的航路规划技术研究[D];南京航空航天大学;2010年

2 毛云云;多飞行器协同航迹规划算法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 宋洋;无人飞行器自主航路规划技术及仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

4 邹明皓;视景仿真技术在无人机任务规划中的应用与研究[D];电子科技大学;2011年

5 沈燕;复杂战场环境下低可观测飞行器航迹规划方法研究[D];南京理工大学;2008年

6 王琦;飞行器航迹规划与航迹评价算法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

7 张建峰;一种飞行器航迹规划算法[D];哈尔滨工程大学;2012年

  本文关键词：飞行器航迹规划与航迹控制算法研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：365262