多小型无人机协同航迹规划及其硬件在回路仿真

发布时间：2017-05-24 08:04

  本文关键词：多小型无人机协同航迹规划及其硬件在回路仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：未来战争中战场环境复杂多变,单小型无人机作战能力有限,通过多无人机的集群协作,无人机能够获得更高层次的自主性,完成协同区域覆盖,协同攻击等复杂的作战任务。多无人机协同航迹规划是完成协同任务的基础,其目的在于在满足各无人机任务需求的前提下,使得多无人机的整体作战效能达到最大。然而现协同航迹规划问题的相关研究还处于起步阶段,其模型结构复杂,协同算法智能性较低,仿真方式单一且可信度较低,针对上述问题,本文对无人机协同问题进行了分析,开展了使用改进的蚁群算法来完成协同航迹规划问题的研究。蚁群算法基于仿生学原理设计,其利用正反馈的激励方式,已经能够解决单无人机航迹规划问题。本文首先对基于蚁群算法的单无人机航迹规划问题进行分析改进,针对小型无人机特殊作战模式与约束条件,重新对航迹规划问题进行数学建模,并在此模型基础上实现了算法仿真验证,同时对蚁群算法的参数选用,航迹平滑等问题也进行了讨论。随后本文在常规蚁群算法的基础之上,激发算法内含的并行机制,对其进行优化改良,生成适用于解决多无人机协同航迹规划问题的多种群蚁群算法。使用层次划分法对协同航迹规划问题进行了分解简化,最后基于小型无人机离线协同航迹规划问题中具有代表性的同时集结任务进行了算法仿真验证。现有的多无人机协同仿真环境的不能够较好验证协同问题,本文基于商用开源飞行控制平台PIXHAWK和飞行仿真软件X-Plane,设计并搭建了低成本、高可信度的多无人机协同硬件在回路仿真平台,并使用该平台对多种群蚁群算法规划出的航点信息的可行性进行了分析和验证,仿真结果表明文中所述算法规划出的航点能够较好的完成协同任务,算法具有较高的可行性与可信度。
【关键词】：协同航迹规划 蚁群算法 硬件在回路仿真
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 研究背景及意义13-16
• 1.2 协同航迹规划问题分析及国内外研究现状16-20
• 1.2.1 无人机航迹规划问题分析17-19
• 1.2.2 多无人机协同国内外研究现状19-20
• 1.2.3 协同航迹规划仿真技术研究现状20
• 1.3 协同航迹规划中关键问题及未来研究方向20-21
• 1.4 本文结构安排21-24
• 第2章 单小型无人机航迹规划研究24-42
• 2.1 无人机航迹规划模型建立24-27
• 2.1.1 小型无人机机动性约束24-25
• 2.1.2 飞行任务要求25-26
• 2.1.3 环境威胁代价建模26-27
• 2.2 基于蚁群算法的UAV单机航迹规划27-38
• 2.2.1 蚁群算法简介27-29
• 2.2.2 基于蚁群算法的单无人机航迹规划29-32
• 2.2.3 航迹曲线拟合问题32-33
• 2.2.4 蚁群算法参数选用问题33-38
• 2.3 仿真实验结果与分析38-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 多小型无人机协同航迹规划研究42-52
• 3.1 多无人机航迹规划模型的建立42-43
• 3.1.1 空间协同约束42
• 3.1.2 时间协同约束42-43
• 3.2 基于层次分解法的多无人机协同航迹规划43-51
• 3.2.1 基于多种群蚁群算法的多无人机航迹规划45-48
• 3.2.2 仿真结果分析48-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第4章 协同航迹规划硬件在回路仿真52-66
• 4.1 仿真系统设计52-60
• 4.1.1 飞行控制器的分析选用53-58
• 4.1.2 飞行仿真器的分析选用58-59
• 4.1.3 半实物仿真平台的层次划分59-60
• 4.2 协同航迹规划硬件在回路仿真验证60-65
• 4.2.1 搭建设置仿真环境61-62
• 4.2.2 仿真情况62-65
• 4.3 本章小结65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 林林;孙其博;王尚广;杨放春;;多无人机协同航路规划研究[J];北京邮电大学学报;2013年05期

2 习业勋;邓联文;张纪阳;张代兵;;基于多核架构无人机飞行控制系统设计与实现[J];电子测量技术;2014年10期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 林林;基于协同机制的多无人机任务规划研究[D];北京邮电大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 汤一鑫;无人机航迹规划策略与仿真的研究[D];天津大学;2012年

  本文关键词：多小型无人机协同航迹规划及其硬件在回路仿真，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：390167