无人机航路规划评估及修正方法研究

作     者：闫俊丰 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：齐乃明

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：无人机 航路规划 威胁源模型 航路评估 航路修正 

摘      要：任务规划系统(Mission Plan System)是无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)相关应用技术的一个重要内容,它为无人机分配任务,指引无人机的行动方向。在近年来局部战争中作用发挥明显,世界各国在军事应用中都在广泛关注无人机。无人机航路规划(Path Planning)技术是任务规划系统的重要组成部分,是无人机实现智能导航和安全顺利完成任务的技术保障。研究无人机航路规划问题的本质就是研究多约束条件下,求解多目标函数极值的问题。规划出导航准确性高、安全性高、适应任务需求的最优或次优航路,对提高无人机系统作战效能有重要意义。论文主要是针对当前无人机飞行训练、执行作战任务时,离线航路规划缺乏评估,航路实用性不强,在线航路规划修正不及时,无人机飞行安全系数低的现状,进行无人机航路规划评估及修正方法研究。论文分析了无人机的物理特性约束建立了无人机航路规划数学模型,分析了无人机的飞行环境约束建立了环境模型,分析了无人机飞行航路潜在的威胁源建立了航路规划威胁源模型。论文概括和总结了无人机航路规划问题,分析了几种比较典型的规划算法,对静态离线无人机航路规划评估算法进行了探讨,主要研究基于毁伤概率密度的无人机航路突防算法,飞行约束评估算法。运用A*算法和B样条曲线拟合方法对无人机航路进行在线修正,设定了仿真环境,基于五个方面考虑对无人机航路修正进行仿真,一是考虑无人机探测半径的航迹修正,二是包含不规则障碍物的航迹修正,三是考虑突发情况的航迹修正,四是考虑目标位置改变的航迹修正,五是考虑目标变异的航迹修正,仿真结果表明,每种考虑情况的航向角控制量都能满足的最大转弯角速率要求,所生成的平滑航迹有效且满足要求。本文以某型小型战术无人机的训练为背景,开展无人机航路规划评估及修正方法研究,设计并实现了某型小型战术无人机离线航路规划评估软件。软件重点对无人机航路数据管理功能、无人机航路评估功能、无人机航路及评估结果显示功能、飞行地图操作功能、无人机航路再规划(即优化调整)功能和态势标绘功能进行了测试,测试结果表明该软件人机交互功能良好,能够满足航路规划的实际应用需求。