航迹预测的多无人机任务规划方法

为提高无人机自主控制性能,实现任务分配与航迹规划整体架构,提出一种基于航迹预测的多无人机任务规划方法.首先,将禁飞区考虑为更接近真实场景的多边形模型;然后,使用改进A*航迹预测算法生成任意两个航迹点间障碍规避后的最短路径,利用该路径近似航迹航程作为任务分配过程的输入信息,建立目标函数,采用改进PSO算法求取最优结果;最后,使用B样条曲线平滑分配后的路径组合,生成无人机可飞行航迹.仿真结果表明,该方法能够以较高的计算速度和精度生成近似最优的任务分配结果和满足飞行约束的平滑航迹.     

多重威胁下的无人机自主避障航迹规划

无人机作为一种新兴的无人作战力量和不可或缺的民用设备,现已渐渐融入到国家安全和社会发展中的各个方面,航迹规划是保障无人机顺利完成既定任务的核心环节.为解决规划空间存在诸多静态和动态威胁的实时航迹规划问题,提出了一种基于滚动时域的无人机自主避障航迹规划方法.首先将航迹规划模型构建为单目标函数优化问题,根据无人机简化运动学模型和约束条件,采用滚动优化策略生成最优航迹序列;然后对最优航迹序列之间的航迹再一次采用滚动优化策略产生子序列,综合考虑威胁和飞行约束,利用负梯度下降法搜索航路点,采用遗传算法对子序列进行规划;最后经反复滚动迭代优化可得近似全局最优航迹,同时利用贝塞尔曲线对航迹进行处理,使其表征实际的飞行航迹.实验仿真结果表明:验证了模型的合理性和方法的有效性;具有良好的威胁规避能力并能规划出一条光滑航迹;与全局规划方法相比,该方法减少了收敛时间,实时性更强,能够快速、鲁棒地收敛到近似全局最优解.     

一种新的无人机偏航航迹计算方法

针对某型无人机模拟操作软件航迹计算精度存在的不足,提出了一种基于椭圆正反解公式的新的航迹计算方法．根据大地坐标系与大地基准相关原理,利用微元分析法计算无人机偏航航迹,通过缩小时间间隔,计算出等高飞行的无人机在小偏航角情形下的航迹经纬度．仿真验证结果表明,该方法能准确地计算小偏航角状态下无人机的飞行航迹,并能正确地对无人机飞越极点和赤道等特殊情况进行航迹修正,可用于其他飞行器的偏航航迹计算．     

无人机快速三维航迹规划算法

针对无人机三维航迹规划的实时性问题,提出了基于快速扩展随机树的三维航迹规划方法。该算法能够根据当前环境快速有效搜索规划空间,通过随机采样点将搜索导向空白区域,使三维航迹规划能够用于实时航迹规划。通过引入航迹距离约束,搜索树将沿着路径距离最短的近似最优航迹的方向进行扩展,克服了基本快速扩展随机树方法随机性强,只能快速获得可行航迹,无法获得较优航迹的缺点。在搜索过程中无人机的航迹约束条件和地形信息得到了充分利用,使算法生成的航迹能够自动回避地形和威胁,同时满足无人机的动力学约束。通过生成的虚拟数字地图对算法进行了仿真验证,仿真结果表明该方法能够快速有效地规划出满意的无人机三维航迹。     

多异构无人机任务规划的分布式一体化求解方法

针对多异构固定翼无人机对已知目标群执行侦查、打击、评估任务的规划问题,提出了一种分布式一体化求解方法,该方法将任务执行耗时约束和协同攻击约束加入到协同任务规划模型(CMTAP)中,基于分布式规划架构,通过改进遗传算法的基因编码方式和相关遗传算子,完成任务分配和航迹生成两个子问题的一体化求解。将任务完成的总时间指标加入到代价函数中,保证了各无人机规划航迹的均匀性。建立固定翼无人机六自由度模型,采用矢量场航迹跟踪算法验证了该方法的可用性,并通过蒙特卡洛数学仿真,验证了该方法的快速性。     

基于遗传模拟退火算法的无人机航迹规划

航迹规划技术是无人机任务规划系统中重要的核心技术之一,无人机飞行空间广阔,需要一种快速搜索最佳路径的方法。首先在飞行区域中建立数字地图模型和防空威胁区模型,在满足无人机飞行约束条件的情况下,为无人机航迹规划提供一种遗传模拟退火算法,充分利用模拟退化算法的概率突跳特性和遗传算法强大的快速搜索能力。仿真结果表明,使用该算法无人机能够自动避开模拟数字地图的威胁区,搜索出一条安全有效航迹,并保证航线的完整性和最优性。     

基于蚁群-粒子群融合算法的无人机三维航迹规划研究

无人机飞行空间广阔,需要一种快速搜索最佳路径的方法,本文在飞行区域中建立航迹规划环境模型和防空威胁区模型,在满足无人机飞行约束条件的情况下,为无人机航迹规划提供一种蚁群-粒子群融合算法,充分利用蚁群算法良好的分布机制、信息反馈机制和粒子群算法收敛速度快、全局搜索能力强的特点,使无人机能够自动避开威胁区,搜索出一条安全有效航迹,并保证航线的完整性和最优性.用Matlab对算法进行仿真实验证明,算法能为无人机的三维航迹规划提供一种快速、安全、高效的搜索方法.     

基于稀疏A~*遗传算法的无人机三维航迹规划

针对基于自适应遗传算法无人机三维航迹规划寻优性能较低的问题,提出了一种基于稀疏A*遗传算法的无人机三维航迹规划方法;建立了稀疏A*遗传算法的仿真模型,利用稀疏A*搜索新航迹点的方法,提高了初始种群质量;通过引入禁飞区域代替威胁区域、安全区域、保密区域,可使本算法适用于民用无人机航迹规划。仿真实验表明,与自适应遗传算法规划无人机三维航迹相比,该算法具有更好的寻优性能。     

多无人机协同四维航迹规划的改进的Tau-H策略

为了在满足多类约束条件的前提下进行多无人机（UAVs）协同飞行的航迹规划及优化,提出改进的Tau-H运动策略.在常用的Tau-H运动策略基础上,通过在运动间距表达式中引入初速度的相关项,克服了固有的仅能考虑始末速度为零的情况的缺陷,可以实现无人机始末非静止的到达时间和速度的四维运动匹配.利用粒子群算法（PSO）搜索各无人机的初始耦合系数,形成全局航迹预规划;建立各无人机间的通信拓扑,采用采样间隔与冲突判断双驱动的滚动优化方法,求解局部再规划问题,实现航迹不断更新.通过对算例的仿真表明,基于改进的Tau-H策略得到的航迹可飞性好,安全性高,能够满足连续型多无人机航迹规划及优化的应用需求.     

小型固定翼无人机多步长在线风场估计

基于小型固定翼无人机飞行运动位置矢量关系,提出了一种多步长推算的风场估计方法,并通过飞行试验数据定量分析了步长数对估计精度的影响。该方法利用无人机飞行位置信息得到基于GPS/DR的风矢量场估计模型,接着通过飞行试验得到无人机在4种不同运动模态下飞行时,此风场估计方法获取风信息的步长数的最佳阈值。仿真结果表明,无人机以120~150 m/s飞行速度回旋飞行、飞行数据采样步长取为1 s的情况下,步长数不大于5 h的多步长风场估计方法可以最准确地估计出风信息,其测量风速误差不超过10%。     

一种改进蚂蚁算法的无人机多目标三维航迹规划

传统的标准蚂蚁算法及A*算法求解无人机多目标三维航迹规划存在需设置导航节点及构建VORONOI图等缺陷,针对这一问题,提出了一种改进的蚂蚁算法.该算法将导引因子引入到状态转移策略中,减少了蚂蚁局部搜索的盲目性,确保蚂蚁形成有效航迹,解决了将该算法应用于航迹规划的两个构造难题,即航迹节点不固定和局部搜索难以到达目标节点这两个难题.将雷达、导弹、高炮及大气威胁模型的最大作用距离和有效作用距离等约束条件引入代价函数及启发因子计算中,解决了航迹规划多约束求解困难等问题.仿真结果表明,该算法构造合理,蚂蚁算法无需导航节点及VORONOI图便可自主寻找到目标节点,且收敛速度满足航迹规划要求,生成的航迹代价较小.     

Path planning method for controlling multi-UAVs to reach multi-waypoints simultaneously under the view of visual navigation

There is a high demand for unmanned aerial vehicle( UAV) flight stability when using vision as a detection method for navigation control. To meet such demand,a new path planning method for controlling multi-UAVs is studied to reach multi-waypoints simultaneously under the view of visual navigation technology. A model based on the stable-shortest pythagorean-hodograph( PH) curve is established,which could not only satisfy the demands of visual navigation and control law,but also be easy to compute. Based on the model,a planning algorithm to guide multi-UAVs to reach multiwaypoints at the same time without collisions is developed. The simulation results show that the paths have shorter distance and smaller curvature than traditional methods,which could help to avoid collisions.     

基于改进A~*算法的仿生机器鱼全局路径规划

针对传统A*算法搜索速度慢和规划路径不够优化的缺点,引入可扩展节点,对A*算法流程进行改进,以减少时间和空间复杂度,提高搜索效率,并对规划路径进行优化处理,以有效的缩短路径。对存在凹形障碍物的地图,采用后退—尝试的方法解决路径规划的失败问题,使之绕过凹形障碍物取向目标点,达到输出最短路径的目标。     

人工免疫算法路径规划在林火救援中的应用

为解决复杂环境下双机林火救援路径规划问题,提出用人工免疫算法规划三维飞行航迹。借鉴人工免疫算法规划机器人路径的方法,通过考虑飞机飞行特性和双机路径规划的要求,为双机异地出发同时到达规划出三维飞行路线,并对算法的主要影响因素进行了分析和估计,获得规划航迹的最优参数,用于设计安全高效的飞行航迹。研究结果表明,该方法能规划出复杂环境下双机飞行航迹,利用参数优化后的人工免疫算法不但能快速有效地规划三维航迹,而且丰富了航迹规划方法研究。     

多无人机协同编队飞行控制研究现状及发展

无人机在军事和民用应用上越来越广泛,为使无人机能够更好地发挥作用,需要采用多无人机编队飞行控制来实现协同侦察、作战、防御及喷洒农药等任务.多无人机协同编队控制技术主要包括信息感知技术、数据融合技术、任务分配技术、航迹规划技术、编队控制技术、通信组网技术和虚拟/实物验证实验平台技术等.首先对国内外多无人机编队相关技术的现状和进展进行综述,然后重点对多无人机编队控制方法进行分析,并对队形设计、队形调整和队形重构等问题进行归纳总结,最后对多无人机协同编队所面临的机遇和挑战进行了展望.结果表明:目前多无人机编队飞行理论方面取得了丰硕成果,但是实物飞行试验仅能实现简单通信环境下的协同编队飞行,任务分配和航迹规划实时性不高,控制方法应对突发情况鲁棒性低,多机多传感器协同感知能力不足,欠缺对实体的仿真实现,未来的研究方向应是突破上述关键技术的不足,开展复杂感知约束和复杂通信环境下的多无人机协同编队飞行研究,提出更加有效的控制方法,并进行多无人机实物编队飞行试验,使无人机能够更好地完成既定任务.     

基于改进蚁群算法的无人机三维航路规划

研究了一种基于改进蚁群算法的无人机三维航路规划方法,以保证在敌方防御区域内以最小的被发现概率以及可接受的航程到达目标点。首先对无人机三维航路规划模型进行分析,在此基础上采用蚁群算法对三维航路进行优化。将最短路径的信息反馈到系统中作为搜索的指导信号,并改进节点选择方法,以提高应用蚁群算法搜索无人机三维航路的效率。最后将所研究的方法应用于无人机的三维航路规划,仿真结果表明本文方法是有效的。     

基于Matlab和VxWorks的无人机飞控系统半物理仿真平台研究

介绍了一种新的基于Matlab／RTW(Real-Time Workshop)和VxWorks实时操作系统的仿真方法，构建了基于Simulink的某型无人机飞控系统仿真模型，可自动生成优化的嵌入式实时仿真代码、在线调整模型参数并监视仿真数据。与传统的手工编写和修改仿真模型代码的方法相比，加速了半物理仿真平台的研制。通过使用该平台对某型无人机飞控系统进行了大量的实时半物理仿真，优化了控制律。     

实现AOI取像路径规划的混合遗传算法

为了提高自动光学检测过程中图像采集的效率,需要对取像的视场位置和取像的路径进行优化.现有取像方法的一个共同点就是效率偏低,鉴于此提出了基于混合遗传算法的路径规划方法,该方法可一步完成路径优化,进而提高取像的时间效率.仿真结果验证了该算法的有效性,在相同的条件下,可以减少取像时间,提高检测效率,克服了传统顺序取像方法的缺点,针对电路板进行离线路径规划,不会影响实际在线取像的时间.基于混合遗传算法的路径规划方法,有效解决了自动光学检测中路径规划关键问题,对提高工业生产效率,具有重要意义.