无人机航迹规划研究.pdf

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1、分类号：v24q密级：西北工业大学硕士学位论文(学位研究生)Y9305S2学校代码：10699学号：0360963“题目：无人机航迹规划研究作者：巴海涛指导老师：史忠科专业技术职务：教授学科(专业)：控制理论与控制工程申请学位日期：2006年03月中国西安二零零^年三月西北I：业人学硕士学位论文摘要无人机的航迹规划是指在特定约束条件下，寻找满足无人机机动性能及战场环境信息限制的，从起始点到目标点的最优飞行轨迹，它是无人机任务规划系统的关键技术，也是无人机实现自主飞行的技术保障。本文对无人机航迹规划技术进行了研究。其主要工作如下：1．针对

2、无人机航迹规划对数字地图的要求，研究了航空数字地图的特点，采用函数法，实现了地形模拟的算法，威胁山峰模拟算法，以及等效地形的融合算法。并且通过数字地形的预处理算法使平滑后的等效数字地形满足无人机的爬升性能和转弯曲率的要求。2．基于数字地图的全局航迹规划算法的研究。在全局规划阶段，基于等效数字地形，建立了全局航迹规划的目标函数和约束方程，将三维地形上的路径寻优问题转化成状态空间最优解的搜索问题。并分别采用了启发式A‘算法和改进的遗传算法搜索最优解。3．在线实时航迹规划算法的研究。在线飞行过程中，以离线规划出的全局航线为参考航迹，分水平方向

3、和垂直方向分别进行规划，建立在线规划的目标函数，以具体飞机的线性化横侧向运动方程作为等式约束，利用最小值原理，构造了哈密尔顿函数进行最优航迹的解算，从而实现航迹的最优控制。利用古典变分极值条件，获得的微分方程组采用梯度迭代法和一维搜索初值方式相结合对其进行求解；垂直方向由于约束在数字预处理中已解决，则在水平规划的基础上用动态规划和树型搜索相结合的方法跟随等效数字地形。最终得到更加精确可行的三维飞行航迹。4．在线突然威胁回避的研究。本文采用了一种威胁等效成地形的方法，即将威胁范围内地形迅速抬高，从而缩小规划空间，然后进行局部最优解的搜索，

4、从而有效的实现了突然威胁的回避，并且较好的满足了在线规划的实时性要求。5．在全局和在线算法研究的基础上，利用MATLAB作为开发工具，设计并实现了无人机航迹规划算法的仿真程序。关键词：航迹规划，启发式A+算法，遗传算法，最小值原理西北I业大学硕士学位论文Abs妇ctABSTRACTTheuAV(unm觚nedAerialV曲icle)仃ajectoryplanningistosearchthebestflighttrajectorytosatjsfytheuAVmachinepedlo加anceandwarfieldenViro唧ent

5、underspccialrestrictcon捌on．TheuAVtrajectoryplallningisthekeytechnologyofuAVmjssionsystemandthetechnologyguaranteethatuAVcanniglltbyitself．Themainco皿tributionsaresummarizedasfoUows：1．ThereseaTchontlletraitofaviationfigurem叩．npresentedterrainsimulationalgo—thm，threatmounta

6、insiIIlulationalgofjthm，aIldequivalentterfairIsimulationa190rithm．ItalsodiscussedthemethodofterrainprctreatmentalgoritllIIlandiⅡsertValuealgorithm．AboVeall，itisthebaseoftrajectoryplanning．2．TheTesearchonpreflightplanningalgor主thmbasedonDi西talTerfainElcvationData．Inpfenjg

7、htplanningphase，the叩timalglobaIcanbefouⅡdinfo瑚ationbylarge-scalecomputersviasynthesizjngmanyl【indsofonprogrammingbasedonthealgorithmofheuristicA+algorithmaIldgeneticalgorittlminthetext．T1lemethodisadoptedtoplantheoptim“globalIeferencetIajecIofy．3．neresearchononli北ni曲ttra

8、jectoryplanIliⅡgbasedonthepreflightplaIlning．0lIlb勰eoftlle舀0baloptimaltrajectofynodes，itchooses0ptimalc