基于多阶段航迹预测的UAVs实时任务规划

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1、硕士学位论文基于多阶段航迹预测的UAVs实时任务规划REAL-TIMEMISSIONPLANNINGFORUAVSUSINGMULTI-PHASEPATHPREDICTION姚蔚然哈尔滨工业大学2015年6月1国内图书分类号：V448学校代码：10213国际图书分类号：629密级：公开工学硕士学位论文基于多阶段航迹预测的UAVs实时任务规划硕士研究生：姚蔚然导师：齐乃明教授申请学位：工学硕士学科：飞行器设计所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学3ClassifiedIndex:V448U.

2、D.C:629DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringREAL-TIMEMISSIONPLANNINGFORUAVSUSINGMULTI-PHASEPATHPREDICTIONCandidate：YaoWeiranSupervisor：Prof.QiNaimingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SpacecraftDesignAffiliation：SchoolofAstronauticsDat

3、eofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology5摘要摘要无人驾驶飞行器（UnmannedAerialVehicle，UAV）又称无人机，因其成本低、适应性强、隐蔽性好等优点而越来越被广泛使用。UAV最大的优势在于其研发、制造和使用的成本远低于有人飞机，因此无论是军用还是民用都有着广阔的前景。随着各部分技术的不断发展，不仅单架UAV完成任务的能力越来越强，多UAV协同的能力也应越来越强，针对UAV集群任务规划的研究非

4、常有必要。任务规划问题是UAV自主控制的关键，而任务规划的效果则取决于对航迹的精确预测。然而在现实应用中，各种不确定的因素将会给预测结果带来较大的偏差。针对UAV集群的任务规划必须基于由任务分配子系统、航迹规划子系统以及导航控制子系统组成的三级结构来完成，而各级之间的关系很大程度的决定了任务规划的结果。本文旨在通过改进任务规划系统来提高规划效率。多阶段航迹预测方法包括航迹估计、折线航迹规划、平滑航迹生成及交会航迹生成几个阶段。在每个规划周期中，各个阶段的结果都将被反馈给任务分配子系统，进而优化任务规划结果。航迹估计阶段基

5、于局部A*算法计算所有UAV与所有目标间的路径。折线航迹规划阶段在分配结果已经获得的基础上基于全局A*算法规划折线航迹。航迹平滑阶段基于B-spline方法，平面移动和高度变化被解耦考虑。UAV集群所处的场景中存在多对一联合任务时，还要UAV之间的交会过程，并对原有航迹进行修正。修正过程基于Dubins模型，它具有计算量小的特点，同时可以对航程进行准确的估计。任务规划的整体能效包括效果和效率两方面，作为一种实时方法，前者决定此算法的优劣，后者决定算法的可行性，所以两部分都至关重要。本文对基于航迹预测的航迹规划系统展开功能

6、性的仿真研究，包括任务规划的整体能效研究，以及考虑联合任务的情况下的任务规划效果。关键词：UAVs；航迹预测；任务规划；航迹生成-I-AbstractAbstractUnmannedAerialVehiclealsoknownasUAV,becauseofitsadvantagesoflowcost,strongadaptability,goodconcealmentandmoreandmorewidelyused.UAV'sbiggestadvantageisthatitscostofresearch,developm

7、ent,manufactureandapplicationismuchlowerthanotherkindofaircraft.Thereforeithasbroadprospectsinmilitaryandcivilianapplication.Inthecaseofasingleintervention,toachieveacomplicatedtaskisthegoalofUAVsysteminthefuture.Asthesingle-handedlyabilityoftheUAVtocompletetasks

8、ismoreandmorestrong,UAVcollaborativeabilityshouldalsobestrongerandstronger,morestudyofUAVmissionplanningisverynecessary.MissionplanningproblemisthekeyofUAVauto