多小型无人机协同航迹规划及其硬件在回路仿真

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1、多小型无人机协同航迹规划及其硬件在回路仿真丛岳2015年6月中图分类号：V279UDC分类号：629.7多小型无人机协同航迹规划及其硬件在回路仿真作者姓名丛岳学院名称机电学院指导教师王正杰副教授答辩委员会主席谌德荣教授申请学位工程硕士学科专业兵器工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月Multi-SUAVsCooperativeTrajectoryPlanningandHardwareintheLoopSimulationCandidateName：CongYueSchoolorDepartment:MechatronicalEngineeringFacu

2、ltyMentor:Prof.WangZhengjieChair,ThesisCommittee：Prof.ChenDerongDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ArmamentEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefense：June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理

3、工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要未来战争中战场环境复杂多变，单小型无人机作战能力有限，通过多无人机的集群协作，无人机能够获得更高层次的自主性，完成协同区域覆盖，协同攻击等复杂的作战任务。多无人机协同航迹规划是完成协同任务的基础，其目的在于在满足各无人机任务需求的前提下，使得多无人机的整体作战效能达到最大。然而现协同航迹规划问题的相关研究还处于起步阶段，其模型结构复杂，协同算法智能性较低，仿真方式单一且可信度较低，针对

4、上述问题，本文对无人机协同问题进行了分析，开展了使用改进的蚁群算法来完成协同航迹规划问题的研究。蚁群算法基于仿生学原理设计，其利用正反馈的激励方式，已经能够解决单无人机航迹规划问题。本文首先对基于蚁群算法的单无人机航迹规划问题进行分析改进，针对小型无人机特殊作战模式与约束条件，重新对航迹规划问题进行数学建模，并在此模型基础上实现了算法仿真验证，同时对蚁群算法的参数选用，航迹平滑等问题也进行了讨论。随后本文在常规蚁群算法的基础之上，激发算法内含的并行机制，对其进行优化改良，生成适用于解决多无人机协同航迹规划问题的多种群蚁群算法。使用层次划分法对协同航迹规划问题进行了分解简

5、化，最后基于小型无人机离线协同航迹规划问题中具有代表性的同时集结任务进行了算法仿真验证。现有的多无人机协同仿真环境的不能够较好验证协同问题，本文基于商用开源飞行控制平台PIXHAWK和飞行仿真软件X-Plane，设计并搭建了低成本、高可信度的多无人机协同硬件在回路仿真平台，并使用该平台对多种群蚁群算法规划出的航点信息的可行性进行了分析和验证，仿真结果表明文中所述算法规划出的航点能够较好的完成协同任务，算法具有较高的可行性与可信度。关键词：协同航迹规划，蚁群算法，硬件在回路仿真1北京理工大学硕士学位论文AbstractInthewaroffuture,thebattlef

6、ieldenvironmentwillbecomplicated,Onlyonesmallunmannedaerialvehiclewillnothavetheenoughcombatability,byusingmultipleswarmUAVscooperation,UAVscanachievehighlevelautonomy,completecomplexcombatmissionlikecoordinatedregionalcoverageandcoordinatedattack.Multi-SUAVscooperativetrajectoryplanning

7、isthefoundationofcooperativemissioncontrol,itwillmaximizetheentirecombateffectivenessunderallunitsofthesystemcompletetheirowntasks.However,theresearchofcooperativetrajectoryplanningisstillatthebeginningofdevelopment,themodelstructureiscomplex;thealgorithmislowintelligenta