无人机自主飞行航迹规划问题(资料)

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1、无人机自主飞行航迹规划问题摘要本文是关于无人自主飞机航迹规划的问题.对于问题一：忽略地形和无人机操作性能等因素的影响，综合考虑敌方威胁，无人机航程等，基于二维平面建立单机单目标的航迹规划模型.首先通过Voronoi画出二维雷达威胁网络图，其次根据雷达的威胁程度与飞机经过的点与雷达间距离的关系，得到雷达的威胁程度模型，然后建立无人机沿Voronoi图每条边的雷达威胁代价关系式，利用MATLAB计算出相应的结果并对其数据进行归一化处理，最后综合雷达的威胁和飞机飞行的距离两个主要因素，建立选择飞机航迹的最终模型.在求

2、解最优航线时，本文利用Dijkstra算法计算最短路径，得到最优航线为：从起点依次经过边19，13，14最终到达终点.对于问题二：要求把模型扩展到三维空间，并同时考虑无人机的操作性能（主要考虑拐弯）和地形因素.首先利用MATLAB编程画出地形和雷达分布的三维图形，在飞机到达目的地的全过程中，本文考虑途中各个阻碍飞机飞行的因素和飞机自身的因素，其中包括飞机飞过的路程，飞机转弯的半径，飞机飞行的高度，飞机与雷达威胁中心的距离等主要因素，并按照相应的关系建立对应的函数表达式和规划模型.最后利用A*算法求出最优航迹.对

3、于问题三：要求我们讨论和分析提出的模型的可行性，并做仿真分析.可行性分析：由于规划约束条件众多而且模糊性大，研究的各因素之间存在联系及其自身的控制和任务方式，使得航迹规划方法的研究更加复杂.所以在问题1的解决过程中，模型在一定程度上存在缺陷.但是通过这样的简化，利用Voronoi图，通过Dijsktra算法方便地解决这个问题，粗略的得到需要的结果，从这个角度来看，本文建立的模型是正确可行的.在问题2的解决过程中，在第一问的基础上拓展到三维空间，首先利用忽略地形和无人机操作性能等因素的影响，综合考虑敌方威胁，无人

4、机点网络中寻优，得到最优路径.虽然我们没有得到最后的最优航线，但是本文建立的模型能够解决这类问题.所以，本文建立的这个模型最终是可行的.仿真分析中，本文通过实际的假设和演算，进一步地说明了建立的模型的可行性.关键词：Voronoi图Dijkstra算法A*算法一问题重述无人机的发展至今已有70多年的历史，其军事应用主要是遂行各种侦察任务.随着无人机平台技术和机载遥感技术的不断发展，它的军事应用范围已经并将继续扩展，如通信中继、军事测绘、电子对抗、信息攻击等.特别是精确制导武器技术的发展，又使它成为这种武器的理想

5、平台.众所周知自主飞行的能力是无人驾驶飞机所必须具有的.如果要实现无人驾驶飞机的自主飞行,则要求具有相当程度的飞行航迹规划能力.无人机的航迹规划是为了圆满完成任务而作的计划.它往往指单机在初始位置、终止位置和一些目标任务结点确定之后的航迹规划问题,其基本功能是根据无人机的性能和飞经的地理环境、威胁环境等因素,对已知的目标规划提出满足要求的航迹,以便在实际飞行时可以根据需要进行实时局部修改.现在我们讨论如下的情况：假定无人机的活动范围为20km×20km的区域，无人机起点的平面坐标为[1,2](单位：km),攻击

6、目标的平面坐标为[19,18](单位：km)，同时不考虑无人机起飞降落时的限制.数字地图和敌方威胁情况(主要考虑雷达威胁)已在附件中给出.数字地图可以做适当的简化，比如可以把地形近似分为三种：高地，低地以及过渡地带.　　问题1：忽略地形和无人机操作性能等因素的影响，综合考虑敌方威胁，无人机航程等，基于二维平面建立单机单目标的航迹规划模型.问题2：把模型扩展到三维空间，并同时考虑无人机的操作性能（主要考虑拐弯）和地形因素.问题3：试讨论和分析你提出的模型的可行性，并做仿真分析.附件一：雷达威胁的坐标方位表.附件二

7、：数字地图.二模型假设1）提供雷达威胁的坐标方位表和数字地图真实有效，并在短期内不会改变.2）假定无人机的活动范围为20km×20km的区域.问题一的模型假设：1）忽略地形和无人机操作性能，无人机可以任意角度转弯；2）不考虑气候以及飞机自身对飞行的影响；3）飞机燃油量和飞行距离成正比；4）飞机燃料能保证飞机在避开威胁的情况下到达目的地；5）不考虑无人机起飞降落时的限制.问题二的模型假设：1）假设飞机拐弯的最大角度为；2）飞机的燃料能够使得飞机到达目的地；3）雷达对飞机的探测范围有限；4）假设飞机能够飞过低地和过

8、渡地带，而且不用做其它任何处理；5）无人机的航迹规划系统要求得到的航迹能够有效避开敌方雷达的探测和敌方威胁的攻击.6）把地形近似分为三种：高地，低地以及过渡地带.三名词解释和符号说明1.名词解释1）Voronoi图：又叫泰森多边形或Dirichlet图，它是由一组由连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形组成.N个在平面上有区别的点，按照最邻近原则划分平面；每个点与它的最近邻区域相关