异构多无人机多任务规划研究

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1、上海交通大学硕士学位论文异构多无人机多任务规划研究硕士研究生：王正学号：1120329055导师：李建勋教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：电子信息与电气工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterResearchonMultipleTaskPlanningforMultipleHeterogeneousUnmannedAerialVehicleCandidate：ZhengWangStudentID:11

2、20329055Supervisor：Prof.JianxunLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicandElectricEngineeringDateofDefence：May,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文异构多无人机多任务规划研究摘要任务规划是无人机能否科学合理执行

3、任务的重要环节。研究异构多无人机多任务规划建模与算法，为无人机制定出满足作战需求的任务计划，使多无人机系统整体作战效能优于各无人机独立作战效能的总和，是发挥多无人机协同作战优势的关键，具有重要的理论价值与现实意义。本文针对异构多无人机多任务规划特点对任务规划模型及算法开展研究，分析任务之间的各种约束关系，给出了能够体现任务之间相互协调的任务规划描述方法；针对同时多任务指派问题的复杂性，提出了异构多无人机多任务规划模型和相应的算法；基于VR-Forces设计开发了虚拟现实实验环境。主要研究工作和创新点如下：(1)研究了异构多无人机多任务规划问题。根据多无人机多任务的任务优先

4、级、目标位置、时间要求等属性对任务规划问题进行了描述，提出了任务规划分解的特点、原则和内容，建立了异构多无人机多任务规划的工作机制，给了出任务规划的系统结构、技术要求和基本流程。（2）建立了异构多无人机多任务规划数学建模。提出了任务规划的建模思想，同时在对任务合理分解的基础上，建立了单基地异构多无人机多任务规划问题的数学模型，在多基地问题上，针对经典的MILP模型，提出了改进的MILP模型。I上海交通大学硕士学位论文（3）设计了基于禁忌搜索的异构多无人机多任务规划算法。异构多无人机多任务规划模型的约束条件较多,利用禁忌搜索算法对其进行求解的关键在于设计合适的移动算子、搜索

5、策略、禁忌列表和特赦准则等等。针对模型特点,本文设计了合适的算法组件,确保了解个体的合法性和移动算子的可行性。（4）研究了异构多无人机多任务规划效能评估问题。根据效能评估指标的选取原则和异构多无人机多任务规划的特点，运用层次分析法建立了异构多无人机多任务规划的效能评估指标体系，并结合建立的指标体系建立了模糊综合评估模型。（5）开发了异构多无人机多任务规划虚拟现实模拟实验环境。结合异构多无人机多任务规划模型和算法的理论研究，开发了基于VR-Forces的异构多无人机多任务规划系统，设计了仿真案例，并对模型和算法进行实验验证。关键词：异构多无人机，任务规划，效能评估，虚拟现实

6、II上海交通大学硕士学位论文RESEARCHONMULTIPLETASKPLANNINGFORMULTIPLEHETEROGENEOUSUNMANNEDAERIALVEHICLEABSTRACTMissionplanningisanimportantpartforunmannedaerialvehicle(UAV)tocarryoutitstaskscientifically.Itisthekeytotakingadvantageofcooperativecombatofmulti-UAVtoexploremodelingandalgorithmsofmulti-UAVa

7、ndmulti-taskmissionplanning,whichmakesataskplantomeetoperationalneedsforUAVandmakestheoveralloperationaleffectivenessofmulti-UAVsystemsbepriortothesumofoperationaleffectivenessofindividualUAVs.Theabovecontentshaveimportantlytheoreticalvalueandpracticalsignificance.I