突发威胁下无人机动态航迹规划研究

作     者：赵妙琰 

作者单位：沈阳航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈侠

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：航迹规划 三次样条 代价函数 同时集结模型 排挤机制 

摘      要：随着科技的发展,无人机在各个领域里受到了广泛的关注。作为无人机的核心技术,航迹规划一直都是国内外学者研究的重点。因此,对无人机动态航迹规划进行研究具有重要的理论价值及实际意义。本文研究内容主要为三个方面:针对静态突发威胁下无人机动态航迹规划问题进行了研究。首先,利用A*算法生成全局最优路径并进行平滑处理。遇突发威胁后,根据三次样条二阶连续性原理及调整公式得到候选路径簇。然后,建立安全性、平滑性及连贯性代价函数。最后,将这些代价函数加权求和后得到总代价函数,进而得到最优路径。针对移动突发威胁下无人机动态航迹规划问题进行了研究。建立关于无人机及动态突发威胁的运动模型,然后得到动态安全性代价函数,进一步建立含四个代价函数的总代价函数,根据总代价函数得到最优路径。仿真表明,与改进神经网络算法相比,本文提出的算法运算时间更快,路径更加平滑。针对多机集结避障动态航迹规划问题进行了研究。首先,利用躲避函数及定向进化算法对采用V图算法生成的多条独立路径进行无碰撞及平滑处理,建立多机同时集结的数学模型。然后,构建多机集结避障动态航迹规划的总代价函数,并得到最优的候选路径。考虑多条最优候选路径之间以及与其它原路径之间是否发生碰撞,若发生碰撞,则利用轮盘赌原理和排挤机制原理,选择出最终的最优路径。最后,仿真验证了本文提出算法的合理性。