基于MOEA/D-ARMS的无人机在线航迹规划

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)在线航迹规划是UAV协同控制关键技术之一, 在线航迹规划问题本质上是一种动态多目标优化问题。为了求解该问题, 提出了一种基于自适应应答机制选择的动态多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithon based on decomposition-adaptive reaction mechanism selection, MOEA/D-ARMS)。多种应答机制构成应答机制池, 以应答机制最近一次的整体表现赋予应答机制一定的奖励, 并采用基于概率的方法从应答机制池中选择应答机制。MOEA/D-ARMS分别在静态环境情况、突发威胁情况、突变威胁情况和偏好改变情况下进行仿真实验。仿真结果表明, MOEA/D-ARMS可有效求解UAV在线航迹规划问题。     

基于网格PRM的无人机多约束航路规划

目前,无人机航路规划技术存在约束条件少,不能满足实际飞行需求,规划效率低等不足,文章主要针对上述问题提出改进措施。首先,将航路约束条件进行分类,提出了基本约束、平台安全约束和链路载荷约束,并对约束条件建模,完善无人机航路约束模型。为了提高无人机航路规划效率,提出了网格概率地图法(grid-probabilistic-roadmap, GPRM),利用约束模型构建代价函数,实现无人机航路的多约束快速航路规划。GPRM的实验仿真表明,GPRM规划效率相比较传统PRM有显著提升,同时规划结果更加符合实际任务需求,证明基于GPRM的无人机航路规划具有一定的工程应用价值。     

混合种群RRT无人机航迹规划方法

快速扩展随机树（rapidly-exploring random tree,RRT）无人机航迹规划方法能够快速获得满足约束要求的可行航迹,但是无法获得接近最短航迹的较优航迹。针对航迹的最优性问题,提出了混合种群RRT无人机航迹规划方法。在基于环境势场的RRT算法的基础上,设计了一种种群优化方法,通过引入自优化种群和协同优化种群改善航迹段,使算法同时具有局部和全局寻优能力。在得到航迹节点的基础上,采用B样条曲线的平滑方法生成曲率连续的可跟踪航迹。仿真结果表明,所提算法能够综合考虑无人机航程代价和雷达威胁代价,快速地收敛得到接近最优且满足无人机动力学约束的可行航迹,在不同环境下也能有满意的收敛效率。     

需求可拆分车辆路径问题的三阶段禁忌算法

需求可拆分车辆路径问题(SDVRP)是一类有待深入研究的车辆路径问题,其求解方法与需求不可拆分的VRP问题有较大的区别.针对该类问题,本文提供了一种新的求解思路——基于双层规划模型的三阶段禁忌算法.首先,将目标函数设定为大TSP路径成本加上切割增加路径成本,构建了SDVRP的双层规划数学模型;然后,根据双层规划的思路设计了三阶段禁忌启发式算法:先求包括车场和所有顾客的大TSP路径,再对大TSP进行切割和拆分,接着对备选方案进行子路径优化;最后,通过实验仿真,将所提出的三阶段禁忌算法与其他算法进行比较,结果表明了所提出的算法可以比较有效地求得需求可拆分车辆路径问题的优化解,是解决需求可拆分车辆路径问题的有效方法.     

基于威胁等效和改进PSO算法的UCAV实时航路规划方法

为解决无人战斗机（unmanned combat aerial vehicle, UCAV）实时航路规划问题,通过对各种威胁等效为雷达威胁,威胁分级和每级分层次的处理方法,得到每个威胁的击毁和击伤作用距离。建立UCAV简易的二维模型,利用其飞行姿态与雷达散射截面积(radar cross section, RCS)之间的关系,得出以探测概率为基础的威胁代价函数。最后运用自适应Meta Lamarckian学习策略的粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法对方法进行实时性仿真测试,结果表明此方法的有效性。     

基于自适应伪谱法的UCAV低可探测攻击轨迹规划研究

研究无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle,UCAV)对地攻击阶段轨迹规划问题。首先,在综合UCAV的气动力特性、发动机推力特性基础上建立UCAV质点模型和动力学模型,并结合UCAV平台初始条件、机动性以及武器投射条件构建约束条件;针对当前轨迹规划中没有考虑雷达散射截面(radar cross section,RCS)随UCAV姿态角改变而动态变化这一缺陷,建立综合考虑动态RCS的威胁概率和攻击时间的目标函数;然后利用可变低阶自适应伪谱法求得攻击轨迹最优解。对时间最短、RCS固定和考虑动态RCS 3种情况进行仿真。结果表明,考虑动态RCS时,UCAV将根据威胁进行轨迹和姿态调整,极大减小了被敌方威胁捕获的概率。该算法能够提供规划轨迹的高精度状态和控制量信息,有利于实现攻击过程的高精度精细规划控制。     

基于改进人工势场法的无人机航迹规划

针对传统人工势场(traditional artificial potential field, TAPF)方法在无人机航迹规划时航迹摆动幅度较大且容易陷入局部极小值的问题, 提出了一种改进人工势场法。首先在TAPF方法的基础上, 引入角度与速度调节因子, 模拟更真实的无人机飞行轨迹; 然后再引入辅助避障力, 实现避障的同时平滑轨迹; 最后对改进航迹规划算法与TAPF方法进行仿真实验。结果表明, 相较于传统算法, 改进后的航迹规划算法在航迹平滑性上有显著提升, 并且有效地避开了局部最小值点。     

再入飞行器深度确定性策略梯度制导方法研究

为解决传统再入飞行器轨迹制导方法对强扰动条件适应性不足,难以满足终端约束的问题,在深度确定性策略梯度学习框架基础上,通过对随机强扰动条件下的离线飞行轨迹进行网络训练,寻找不同环境影响条件下的最优动作网络,以用于在线干扰条件下的制导轨迹规划,可通过对再入飞行攻角和倾侧角剖面的周期性预测,满足再入飞行终端高度、航程和速度约束。仿真实验结果表明：在满足终端高度约束的条件下,最大终端剩余航程偏差小于500 m,最大终端速度偏差小于35 m/s。本文所提制导方法较传统跟踪制导方法有较大的精度提升,算法计算量小,具有较好的工程应用前景。     

基于粒子群优化算法的无人战斗机路径规划方法

对于无人机的路径规划问题,从和机器人路径规划问题的差别入手,通过粒子群优化算法对有限数目的采样航点的优化,使用高次B样条曲线拟合出满足路径最短且威胁最小的无人战斗机的飞行路径。研究了路径规划约束的数学模型、粒子构造方式和粒子的评价适应度函数。通过仿真对目前出现的基于粒子群优化算法的无人机路径的多项式拟合方法和所提出的基于B样条拟合的方法进行了比较。仿真结果表明,使用粒子群算法优化出来的B样条曲线比多项式拟合法和几何方法更加合理有效。     

不确定条件下无人作战飞机在线攻击轨迹决策

针对无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle, UCAV)对地攻击过程中存在的诸多不确定性因素问题,提出基于滚动时域策略和Gauss伪谱法(Gauss pseudospectral method, GPM)的在线实时攻击轨迹决策算法。算法采用滚动时域的优化策略,将全局优化问题转化为一系列相互叠加但不断向前推进的优化区间,通过滚动更新和反馈校正消除不确定误差,同时降低了所提算法的计算复杂度和对计算资源的需求;综合飞行包线约束,武器投射约束和威胁规避约束,采用GPM完成高精度攻击轨迹求解;采用实时迭代策略提供优化初值,通过自适应目标函数切换引导UCAV迅速规避近距突发威胁。仿真结果表明,所提算法能够有效消除不确定误差,同时以较高的精度和速度生成可行的攻击轨迹。     

基于精英族系遗传算法的AUV集群路径规划

针对传统路径规划算法仅能规划单一最短路径且不能调节路径宽度而难以适用于自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)集群航路规划的缺陷, 提出了精英族系遗传算法(elite family genetic algorithm, EFGA)。该算法将基因适应度加入适应度评价函数中, 同时在进化过程中标记精英个体作为多路径规划结果, 并在该算法基础上针对AUV集群路径规划问题设计了一种多智能体路径规划(multi-agent path planning, MAPP)方法。仿真结果表明, 该算法可以求解无冲突路径集合实现MAPP, 通过实现AUV集群的最优多路径航行方案减少集群的航行耗时, 且能够满足不同AUV编队规模对可调路径宽度的需求。     

基于速度障碍法的多UAV可飞行航迹优化生成

研究无人飞行器(unmanned aerial vehicle, UAV)在线可飞行航迹的自主规划对UAV适应非结构化环境、提高机动作战能力具有重要的现实意义。提出了一种基于Pythagorean-Hodograph (PH)曲线的UAV在线航迹生成算法,可以根据UAV当前的飞行状态、目标点信息及传感器探测信息实时规划出曲率连续的可避碰飞行航迹。考虑系统动态性能约束,采用分布估计算法对航迹参数进行优化选取,提出基于区间选优的全局精英个体概率选择机制,提高了航迹生成的速度及精度。根据速度障碍法原理,结合PH曲线的特点,给出了高动态环境下多UAV的实时动态避碰规划算法,该算法能使轨迹快速趋近于目标。对一组UAV的航迹规划在不同环境下进行了仿真实验,仿真结果证明了算法的有效性和实用性。     

基于无人机实时数据多波次任务规划模型分析

针对导弹部队多波次作战任务规划问题, 依据无人机的实时数据, 构建了基于路径的多层规划模型, 并设计了模型的算法求解流程。使用遗传算法与禁忌搜索混合算法, 得出了任务规划中的最优路径规划, 并在此基础上进行了冲突的消除。通过仿真案例表明, 用无人机协同配合导弹部队作战, 实时传输作战数据, 能够解决战场信息模糊不确定的问题; 使用多层规划模型能够为导弹多波次规划作战的路径进行科学的决策和选择。利用遗传算法和禁忌搜索混合算法, 能够避免局部最优导致无法输出结果的现象。     

基于DBN威胁评估的MPC无人机三维动态路径规划

模型预测控制(model predictive control, MPC)路径规划算法适用于三维动态环境下的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)路径规划;动态贝叶斯网络(dynamic Bayesian network, DBN)能够有效推理战场态势,对无人机进行威胁评估。针对威胁尾随无人机时的路径规划问题,构建DBN威胁评估模型,将UAV在战场环境中的威胁态势用威胁等级概率表示,与MPC路径规划算法相结合,得到基于DBN威胁评估的MPC UAV路径规划算法。通过多组仿真分析表明,在三维动态环境下,特别是威胁尾随无人机时,基于DBN威胁评估的MPC无人机路径规划算法可以得到有效的无人机路径。     

飞机排班航班串编制模型及算法研究

分析了飞机排班计划的编制流程,主要针对其中的航班串编制问题进行了深入研究,建立了航班串编制VRP模型,模型不仅考虑了航班时间、出港到港机场衔接之间的约束,而且还考虑了客流量、维修基地机场的约束。为了求解模型,构造了一种基于单亲遗传算子的免疫算法,采用适合模型的抗体编码方式,并使用单亲遗传算子生成新抗体。应用实际的航班信息进行航班串编制的仿真研究结果表明,文中的模型和算法切实可行。     

基于路径-速度解耦的无人机编队协同轨迹规划

针对无人机编队在复杂机动情形下的协同轨迹规划问题,提出了一种基于路径-速度解耦方法的预瞄自适应轨迹规划方法。在路径规划阶段,考虑无人机转弯机动的曲率限制,采用Dubins曲线作为路径构成的基本子结构。为得到最优的Dubins曲线连接控制点,设计了自适应预跟随路径特征的预瞄距离规划算法。在速度规划阶段,针对控制参数化与时间离散化(control parameterization and time discretization, CPTD)的速度规划方法,提出了栅格化空域下差异区间速度规划方法,简称为DIPR。仿真结果表明,预瞄距离自适应算法能够有效优化路径，对比固定预瞄距离方法在转向弧度上平均减少30.70%,在跟踪偏离上减少16.41%,在路径长度上缩短10.87%。对比CPTD方法, DIPR平均提前30代收敛,收敛值平均提高10.67%,编队完成队形集结时间平均缩短15.4 s。得到结果更快更优,并且速度曲线结果连续平滑。     

基于路径-速度解耦的无人机编队协同轨迹规划

针对无人机编队在复杂机动情形下的协同轨迹规划问题,提出了一种基于路径-速度解耦方法的预瞄自适应轨迹规划方法。在路径规划阶段,考虑无人机转弯机动的曲率限制,采用Dubins曲线作为路径构成的基本子结构。为得到最优的Dubins曲线连接控制点,设计了自适应预跟随路径特征的预瞄距离规划算法。在速度规划阶段,针对控制参数化与时间离散化(control parameterization and time discretization, CPTD)的速度规划方法,提出了栅格化空域下差异区间速度规划方法,简称为DIPR。仿真结果表明,预瞄距离自适应算法能够有效优化路径，对比固定预瞄距离方法在转向弧度上平均减少30.70%,在跟踪偏离上减少16.41%,在路径长度上缩短10.87%。对比CPTD方法, DIPR平均提前30代收敛,收敛值平均提高10.67%,编队完成队形集结时间平均缩短15.4 s。得到结果更快更优,并且速度曲线结果连续平滑。     

带有预知信息的在线Homing ATSP问题

针对快递服务网络结构上的非对称性以及可提前获知待服务需求的位置和释放时间的特征,将预知信息引入可返回原点的非对称TSP问题中,提出以服务总成本最小为目标的带有预知信息的在线Homing ATSP问题.分析了该问题竞争比的下界,并且在一般网络图上设计了SSdd(α)算法和PAH-dd算法,分析了算法各自的竞争比.结果表明在线车采取适时等待策略比采取zealous策略更优;并且预知信息越多,在线算法的竞争性能越优.     

基于LASSA算法的多无人机协同航迹规划方法

针对基本麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)在求解多无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)协同航迹规划问题时收敛精度不高,易于陷入局部最优等问题,提出了一种使用对数螺旋策略和自适应步长策略的SSA (logarithmic spiral strategy a...     

基于RBF网络的UCAV战术机动轨迹快速生成方法

针对无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle, UCAV)战术机动动作数学表征困难,机动生成的计算实时性要求高的主要问题,分析了战术机动轨迹建模的基本原理;提出了战术机动轨迹建模的基本思路;设计了基于UCAV运动动力学模型的机动轨迹最优控制方案;建立了基于遗传算法的飞行操控量求解策略。针对操控量求解的实时性问题,基于径向基核函数神经网络,提出了以适应度函数为预测和评判标准的机动飞行操控量快速求解方法,从而建立了初始状态、性能指标与机动飞行操控量的非线性映射模型,实现了机动轨迹的快速生成和机动曲线的精度控制,并通过仿真验证了该方法的有效性。