基于多阶段航迹预测的UAVs实时任务规划

发布时间：2017-07-26 13:31

  本文关键词：基于多阶段航迹预测的UAVs实时任务规划

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【摘要】：无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)又称无人机,因其成本低、适应性强、隐蔽性好等优点而越来越被广泛使用。UAV最大的优势在于其研发、制造和使用的成本远低于有人飞机,因此无论是军用还是民用都有着广阔的前景。随着各部分技术的不断发展,不仅单架UAV完成任务的能力越来越强,多UAV协同的能力也应越来越强,针对UAV集群任务规划的研究非常有必要。任务规划问题是UAV自主控制的关键,而任务规划的效果则取决于对航迹的精确预测。然而在现实应用中,各种不确定的因素将会给预测结果带来较大的偏差。针对UAV集群的任务规划必须基于由任务分配子系统、航迹规划子系统以及导航控制子系统组成的三级结构来完成,而各级之间的关系很大程度的决定了任务规划的结果。本文旨在通过改进任务规划系统来提高规划效率。多阶段航迹预测方法包括航迹估计、折线航迹规划、平滑航迹生成及交会航迹生成几个阶段。在每个规划周期中,各个阶段的结果都将被反馈给任务分配子系统,进而优化任务规划结果。航迹估计阶段基于局部A*算法计算所有UAV与所有目标间的路径。折线航迹规划阶段在分配结果已经获得的基础上基于全局A*算法规划折线航迹。航迹平滑阶段基于B-spline方法,平面移动和高度变化被解耦考虑。UAV集群所处的场景中存在多对一联合任务时,还要UAV之间的交会过程,并对原有航迹进行修正。修正过程基于Dubins模型,它具有计算量小的特点,同时可以对航程进行准确的估计。任务规划的整体能效包括效果和效率两方面,作为一种实时方法,前者决定此算法的优劣,后者决定算法的可行性,所以两部分都至关重要。本文对基于航迹预测的航迹规划系统展开功能性的仿真研究,包括任务规划的整体能效研究,以及考虑联合任务的情况下的任务规划效果。
【关键词】：UAVs 航迹预测 任务规划 航迹生成
【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】：2015
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 UAV自主控制的研究现状10-13
• 1.2.1 远程遥控11-12
• 1.2.2 自主航迹及任务规划12-13
• 1.2.3 协同及合作13
• 1.3 UAVs任务规划的研究现状13-15
• 1.3.1 任务分配13-14
• 1.3.2 航迹生成14-15
• 1.4 本文主要研究内容及章节安排15-17
• 第2章 任务规划模型及航迹预测原理17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 UAVs任务规划模型17-22
• 2.2.1 UAV集群物理模型18-20
• 2.2.2 任务分配原理20-22
• 2.3 多阶段航迹预测原理22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 确定环境下的预测航迹生成26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 航迹估计及航迹规划26-31
• 3.2.1 路径搜索算法基本原理26-28
• 3.2.2 基于局部A*算法的航迹估计28-30
• 3.2.3 基于全局A*算法的航迹规划30-31
• 3.3 基于B-spline的航迹平滑31-35
• 3.3.1 B-spline原理31-33
• 3.3.2 航迹平滑33-35
• 3.4 仿真研究35-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 考虑交会的预测航迹修正40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 边界条件确定40-42
• 4.2.1 Dubins模型原理40-41
• 4.2.2 基于Dubins模型的交会航迹边界条件41-42
• 4.3 交会航迹生成42-46
• 4.4 仿真研究46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 多阶段航迹预测仿真研究50-59
• 5.1 引言50
• 5.2 基于航迹预测的任务规划能效50-55
• 5.2.1 任务规划效率50-54
• 5.2.2 任务规划效果54-55
• 5.3 考虑联合任务的任务规划场景55-58
• 5.4 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果66-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 马云红,周德云;基于B样条曲线的无人机航路规划算法[J];飞行力学;2004年02期

2 汲万峰;王光源;严建钢;孙钧正;;基于任务分配的多飞行器协同航迹规划[J];系统工程理论与实践;2013年09期

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本文编号：576650