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多目标优化下智能飞行器三维航迹快速规划

计算机仿真 2021年第9期38卷 51-56页

作者：丁超吴梓杰张航中南大学计算机学院湖南长沙410083 中南大学自动化学院湖南长沙410083

针对智能飞行器在复杂的飞行环境下不能精确定位校正而无法到达目的地的问题,提出了一种飞行器定位误差校正策略和飞行器转弯控制策略。当校正点集合存在问题校正点时,在保证成功到达概率的前提下,尽可能减少校正次数和路程,提出了一种... 详细信息

针对智能飞行器在复杂的飞行环境下不能精确定位校正而无法到达目的地的问题,提出了一种飞行器定位误差校正策略和飞行器转弯控制策略。当校正点集合存在问题校正点时,在保证成功到达概率的前提下,尽可能减少校正次数和路程,提出了一种概率参数优化策略,通过采用蒙特卡罗算法和NSGA2遗传算法来计算真实概率和航迹路线;为满足实际应用,建立了以飞行器航迹最短和校正次数最少的多目标优化的数学模型,并设计了一种圆环形包络面的数据预处理算法以提高模型的求解效率,最后进行了仿真计算和代码优化,仿真结果表明,提出的策略和算法能够有效地给出更为满意的航迹规划路线。

关键词：多目标优化三维航迹规划遗传算法概率模型蒙特卡罗算法

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利用动态规划和电势理论规划UAV三维航迹

计算机工程与应用 2013年第20期49卷 235-239页

作者：刘丽峰曲国庆孔维华山东理工大学山东淄博255049

用改进的电势理论规划无人机的三维航迹。充分考虑了地形威胁、火力及雷达威胁同时存在的情况,并对它们的权重对航迹规划的影响进行了研究。通过限制航线到包含任务起止点直线的距离,不但克服了电势法无法收敛目标点的问题,而且可以缩... 详细信息

用改进的电势理论规划无人机的三维航迹。充分考虑了地形威胁、火力及雷达威胁同时存在的情况,并对它们的权重对航迹规划的影响进行了研究。通过限制航线到包含任务起止点直线的距离,不但克服了电势法无法收敛目标点的问题,而且可以缩短飞行航程;研究惩罚函数中各因素不同权重对飞行航线的影响,选择出最优权重系数;通过仿真试验可知,该方法能够成功地为无人机规划出安全的飞行路径。

关键词：电势理论综合威胁场三维航迹规划威胁回避无人机(UAV)

利用Voronoi图与GIS规划三维飞行航迹

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计算机工程与设计 2010年第4期31卷 805-808页

作者：刘丽峰张树清秦喜文中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130012 中国科学院研究生院北京100049

针对飞行器三维航迹规划问题展开研究,通过引进地理信息系统(GIS)的方法对地形图数字化和插值得到三维地形数据;利用Matlab构造Voronoi图计算出初步水平航迹,采用ArcGIS软件获取水平航迹对应的高程值(垂直航迹);再由坡度限制平滑算法,... 详细信息

针对飞行器三维航迹规划问题展开研究,通过引进地理信息系统(GIS)的方法对地形图数字化和插值得到三维地形数据;利用Matlab构造Voronoi图计算出初步水平航迹,采用ArcGIS软件获取水平航迹对应的高程值(垂直航迹);再由坡度限制平滑算法,曲率限制平滑算法对垂直航迹进行法向加速度和曲率的约束求取最优飞行的路线,显示出规划的三维航迹及地形;并在突发威胁发生的情况,进行了路径的重规划。仿真结果表明,该方法能够快速规划出合理的航迹并满足实时性要求。

关键词：三维航迹规划 Voronoi图地理信息系统仿真 Matlab

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威胁联网下无人作战飞机突防作战航迹规划

航空学报 2014年第4期35卷 1042-1052页

作者：符小卫李金亮高晓光西北工业大学电子信息学院陕西西安710129

以复杂战场环境下无人作战飞机(UCAV)的自主突防作战为研究背景,以防空单元为威胁建立威胁联网模型,针对威胁联网的指挥控制组织结构和信息交互关系的特点,建立了一种威胁联网的信息交互数学模型,并且通过网络模拟器NS-2(Network Simula... 详细信息

以复杂战场环境下无人作战飞机(UCAV)的自主突防作战为研究背景,以防空单元为威胁建立威胁联网模型,针对威胁联网的指挥控制组织结构和信息交互关系的特点,建立了一种威胁联网的信息交互数学模型,并且通过网络模拟器NS-2(Network Simulator Version 2)仿真验证了该数学模型的合理性与适用性,同时基于此提出了一种UCAV威胁代价评估模型;然后,结合UCAV动力学约束与制导武器攻击区约束,给出一种基于改进稀疏A*算法的自主突防与攻击航迹规划算法。仿真结果表明,该算法能够快速获得UCAV突防作战航迹,且由于采用了动态的威胁评估方法,对突发威胁有较好的适用性。

关键词：威胁联网无人作战飞机 A*搜索交互信息信息分析低空突防三维航迹规划

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混合动力复合翼应急迫降在线航迹规划与制导

航空学报 2019年第10期40卷 207-220页

作者：王子安龚正陈永亮史志伟徐锦法南京航空航天大学航空学院

针对混合动力复合翼飞行器巡航模式下空中停车后无动力应急迫降(VTOL)问题,提出在线航迹规划与制导方法。根据复合翼空中停车时初始位置/航向不确定散布,发展一套满足动力学约束、终端约束的三维航迹在线规划方法:利用几何规划方法快速... 详细信息

针对混合动力复合翼飞行器巡航模式下空中停车后无动力应急迫降(VTOL)问题,提出在线航迹规划与制导方法。根据复合翼空中停车时初始位置/航向不确定散布,发展一套满足动力学约束、终端约束的三维航迹在线规划方法:利用几何规划方法快速生成扩展Dubins二维航迹,再根据下滑性能约束进行三维扩展。针对低速无动力下滑航迹跟踪更易受风干扰以及三维航线分段连接处曲率不连续的特性,发展一种基于非线性模型预测控制的三维制导算法。将纵横解耦的制导律嵌入到预测模型框架内,跟踪误差、外界风扰动、航迹曲率不连续等非线性因素则通过系统输出建立目标约束,其后利用滚动优化实时求解制导指令。最后对航迹在线规划方法与三维制导律的适用性进行仿真分析与验证,结果表明所提出的航迹规划方法适用于不确定初始位置/航向散布的应急迫降在线规划,所提的制导算法具备抵抗风扰、提高三维制导精度的能力。

关键词：无动力应急迫降三维航迹规划三维Dubins航迹非线性模型预测控制三维航迹跟踪

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一种针对运动目标的快速航迹规划方法

系统仿真学报 2007年第5期19卷 987-989,996页

作者：周其忠闫利关世义苏康秦筱陈晓东武汉大学测绘学院武汉430079 中国航天机电集团第三研究院北京100074

鉴于目前大部份的航迹规划方法研究都局限于静止目标,提出了一种针对运动目标的快速航迹规划方法。该方法采用基于矢量数据的三维航迹规划方法,将目标的运动与航迹搜索结合起来,可以对目标的运动作出实时反应。试验结果表明,该方法可以... 详细信息

鉴于目前大部份的航迹规划方法研究都局限于静止目标,提出了一种针对运动目标的快速航迹规划方法。该方法采用基于矢量数据的三维航迹规划方法,将目标的运动与航迹搜索结合起来,可以对目标的运动作出实时反应。试验结果表明,该方法可以快速有效地完成三维航迹规划,并且结果令人满意。

关键词：矢量数据运动目标实时规划三维航迹规划

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基于混合算法的电力杆塔巡检实时航迹规划

中国电力 2021年第11期54卷 214-220页

作者：黄郑王红星周航张星炜赵宏伟江苏方天电力技术有限公司江苏南京211102 南京航空航天大学民航学院江苏南京211106

传统的电力杆塔拍摄视点顺序固定,多旋翼无人机巡检距离并非最优;同时,随着维度增加,航迹规划算法空间复杂度呈指数增长,不能满足实时规划航迹的需求。针对以上问题,提出一种基于蚁群和A*混合算法(ACO-A*)的电力杆塔巡检三维航迹规划方... 详细信息

传统的电力杆塔拍摄视点顺序固定,多旋翼无人机巡检距离并非最优;同时,随着维度增加,航迹规划算法空间复杂度呈指数增长,不能满足实时规划航迹的需求。针对以上问题,提出一种基于蚁群和A*混合算法(ACO-A*)的电力杆塔巡检三维航迹规划方法。该方法分为全局规划和局部规划,全局规划利用改进蚁群算法找到覆盖所有视点的较优路径,并通过算法判断路径是否经过障碍物,再运用A*算法局部规划。仿真结果表明:ACO-A*算法规划的航迹长度比《架空输电线路无人机巡检影像拍摄指导手册》规定的巡检航迹降低了16.85%;ACO-A*算法路径规划时间比A*算法降低了99.68%。因此本方法既节约了巡检能耗,又提高了航迹规划的效率。

关键词：三维航迹规划蚁群算法 A*算法混合算法电力杆塔巡检

基于改进蝴蝶优化算法的无人机3-D航迹规划方法

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南京航空航天大学学报 2023年第5期55卷 851-858页

作者：丁敏夏兴宇邹永杰张乐刘正堂中国人民解放军63893部队洛阳471000

针对基本蝴蝶优化算法(Butterfly optimization algorithm,BOA)在进行无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)三维航迹规划时存在的搜索速度慢、搜索精度低以及易陷入局部最优等问题,提出一种改进的蝴蝶优化算法(Improved butterfly optim... 详细信息

针对基本蝴蝶优化算法(Butterfly optimization algorithm,BOA)在进行无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)三维航迹规划时存在的搜索速度慢、搜索精度低以及易陷入局部最优等问题,提出一种改进的蝴蝶优化算法(Improved butterfly optimization algorithm,IBOA)。在全局搜索阶段提出对数自适应惯性权重策略和动态更新调节策略,提高了算法全局搜索能力和搜索精度。同时,在局部搜索阶段,提出一种动态概率余弦选择策略,增加位置更新多样性,避免陷入局部最优。首先,为检验改进算法与基本算法的寻优性能,在部分标准多元函数上进行仿真对比。对比结果表明,改进算法对复杂函数具有较强的寻优能力,能在更短时间内找到全局最优解。然后,在二维路径规划仿真中对比了改进算法与PSO算法性能,从对比结果看,IBOA具有更优的规划效果。接着,利用山峰模拟函数对UAV三维航迹规划进行建模,将改进算法应用到航迹规划中,利用MATLAB仿真对比了不同复杂度环境下的航迹规划效果。仿真实验表明:相同实验条件下,该优化算法较BOA综合适应度值减小21.9%,具有搜索速度快、搜索精度高等优点,能够有效地指导UAV在三维环境中完成自主导航避障任务。

关键词：无人机三维航迹规划改进蝴蝶优化算法自主导航

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通用航空山区救援安全航迹规划模型

安全与环境学报 2023年第2期23卷 506-514页

作者：艾洪舟何鑫刘全义胡茂绮中国民用航空飞行学院民航安全工程学院四川广汉618307

针对通用航空山区救援飞行环境的高复杂度地形问题,提出了一种基于改进型蚁群算法的三维救援航迹规划模型。首先,获取真实的山区地形环境数据,根据安全飞行规则,利用格栅法建立三维飞行环境模型。然后,以路径最短为目标函数、以航空性... 详细信息

针对通用航空山区救援飞行环境的高复杂度地形问题,提出了一种基于改进型蚁群算法的三维救援航迹规划模型。首先,获取真实的山区地形环境数据,根据安全飞行规则,利用格栅法建立三维飞行环境模型。然后,以路径最短为目标函数、以航空性能为约束条件建立航迹规划模型。最后,利用改进型蚁群算法对模型求解,通过合理设置初始信息素分布和信息素更新规则,改进型蚁群算法,并对西南山区某次通航救援进行了救援航迹规划仿真。改进算法得到的飞行路径与球面直线的距离误差控制在15%以内,且飞行航路的俯仰角和偏转角均满足安全飞行规则,偏航次数较少。研究表明,对于山区环境下的通航应急救援航迹规划问题,提出的改进蚁群算法能够实现对障碍物的规避和对最优航迹的快速搜寻,保证了救援任务的安全性、高效性和可靠性。

关键词：安全社会工程应急救援三维航迹规划蚁群算法数字高程模型飞行安全

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