基于遗传算法的无人机航迹规划

研究了基于遗传算法的无人机全局路径规划算法,建立了综合评价航程总长度、威胁概率和平均地形高度的多目标优化函数,并针对此优化函数设计了基于相对距离转角的遗传算法编码方案,进化计算结果稳定,达到了利用三维地形规避威胁的目的.进而研究了基于路径规划点生成光滑航迹的鲁棒性算法,利用MATLAB和VRML接口实现了无人机全局航迹...     

基于数字地图预处理的飞行器航迹规划

针对飞行器在低空复杂空域下航迹的规划,研究了地形条件以及地表威胁对飞行器飞行的影响。通过对数字地图以及静态威胁的分析,探究了数字地图的处理方法,并用埃尔米特插值函数进一步对地图进行平滑处理,减少最优航迹的搜索范围。通过设计地形跟随、地形回避以及威胁躲避的方法,保障了飞行器的安全。深入分析粒子群算法,在飞行器执行任务前实现对三维航迹的规划。通过仿真,展示了地图处理前后的区别,实现了三维最优航迹的离线规划。     

人工免疫算法路径规划在林火救援中的应用

为解决复杂环境下双机林火救援路径规划问题,提出用人工免疫算法规划三维飞行航迹。借鉴人工免疫算法规划机器人路径的方法,通过考虑飞机飞行特性和双机路径规划的要求,为双机异地出发同时到达规划出三维飞行路线,并对算法的主要影响因素进行了分析和估计,获得规划航迹的最优参数,用于设计安全高效的飞行航迹。研究结果表明,该方法能规划出复杂环境下双机飞行航迹,利用参数优化后的人工免疫算法不但能快速有效地规划三维航迹,而且丰富了航迹规划方法研究。     

柔性翼微型飞行器的稳定特性

为提高微型飞行器(M AV)的抗风扰动飞行稳定性,需要遵循仿生学原理,效仿自然界中的鸟类和昆虫,探讨抗风飞行的新方法。提出了柔性仿生机翼的概念,阐述了其设计思想与工作原理,并导出了大气扰动下柔性机翼气动力的解析表达。为验证柔性仿生机翼的实际性能,设计和制作了柔性仿生机翼M AV原理样机,并在风中进行了飞行试验。试验结果表明:采用柔性机翼能够显著改善有风条件下M AV的飞行品质,突风过载可降低40%左右,大大减弱了大气扰动对飞行的影响,有效提高了M AV的飞行稳定性。     

动态步长BI-RRT的无人机航迹规划算法

为解决传统RRT算法收敛速度慢、生成的航径距离过长等问题,提出动态步长BI-RRT算法。首先,采用引向目标的采样策略对空间进行探索以得到采样点,利用动态步长策略确定该采样点的增长步长以确定新节点;之后,通过树枝裁剪策略对新节点进行调整,当探索到目标节点时,算法返回初始航迹,对于初始航迹,应用贪心算法对航迹点进行筛选,以减少无人机(UAV)的无效节点与总航迹长度;最后,利用B样条进行平滑处理,得到一条可行航迹。搭建了二维和三维环境下的仿真地图模型,验证了该算法在保证无人机避障的基础上获得一条有效航迹。动态步长BI-RRT算法在无人机航迹规划方面不仅有实时性强、航迹光滑的优点,而且与分段优化RRT算法相比,在优化航迹节点个数的前提下,提高了收敛速度且降低了航迹距离。     

无人飞行器延时航迹规划方法

编队飞行中无人飞行器由于战场态势改变等原因常常需要延迟打击目标。在定高飞行模式下,提出了基于分层规划的延时航迹规划方法,首先基于最小风险值选择最佳延时机动区域,然后采用基于解析法的延时航迹规划算法,生成满足延迟时间和飞行约束条件要求的延时机动航迹。通过分析计算各个航迹段附近区域的风险值,确定了无人飞行器延时机动的安全飞行区域;基于解析法提出徘徊延时航迹的规划算法,并用该算法生成满足飞抵时间延迟量要求的延时航迹。仿真结果显示,徘徊延时航迹规划算法能够高效准确地规划出需要的延时航迹,规划总时间在规定的时间范围内,较好地满足了无人飞行器需要延时飞行的时间要求。     

一种无人机分层三维航迹规划方法

针对SAS算法在三维航迹规划问题应用中的不足,提出了一种基于分层策略的三维航迹规划方法。该方法分为两个层次:粗粒度的SAS快速航迹规划和细粒度的遗传算法优化。SAS算法以较大步长快速找到搜索图中的最优解,建立航迹通道。在航迹通道内利用改进的遗传算法对航迹进行优化。设计了一种定向变异算子用于航迹的平滑。仿真实验表明,该方法规划的三维航迹能满足地形跟随和规避威胁的要求,同时具有良好的平滑特性。     

使用三维栅格地图的移动机器人路径规划

针对移动机器人使用三维地图进行路径规划的问题,研究了使用三维栅格地图的路径规划算法.该算法将装载三维激光扫描仪的移动机器人得到的三维点云转换成为八叉树结构的三维栅格地图;扩展了D*算法使之考虑机器人的尺寸,检测每种位姿状态下是否与环境发生碰撞,生成多条可行路径可以在栅格地图中直接生成机器人的运动轨迹,保证运动过程中机器人自身及物体的安全.实验结果表明:该算法不需要对地图具有先验认识,并且考虑了机器人的实际尺寸,具有较强的可靠性和实用性,已经在真实环境中进行了实验.     

基于MPC-PSO的无人机在线航迹规划

研究了无人机在战场环境部分已知突然出现动态威胁情况下的三维在线航迹规划问题.采用"预规划-在线轨迹跟踪"的模式,根据已知的环境信息,离线规划出UAV的参考航迹.然后UAV在飞行过程中,需要在跟踪参考航迹的基础上,对UAV未来一段航迹进行预测,然后利用粒子群算法优化出UAV的最优(或次优)的飞行航迹.与传统的在线规划方法粒子群和稀疏A*搜索算法相比,该方法有效地提高了规划航迹的可行性和实时性,降低了算法的复杂度.仿真表明该算法是一种有效的无人机路径规划算法.     

基于NSGA-Ⅲ算法的多无人机协同航迹规划

当多架无人机协同作战时,需要进行协同航迹规划,以提升任务成功率.将协同航迹规划中的约束转换为多个目标后,对NSGA(Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm)-Ⅲ算法与势场蚁群算法进行融合设计.算法首先对地图进行势场构建,使距离障碍物较近的节点不易被选择,并且引导搜索方向.然后对航迹代价、空间协同约束和时间协同约束进行数学建模,转换为数值指标,并设置为NSGA-Ⅲ算法的多个目标.对NSGA-Ⅲ算法设计了临界层选择方法和进化算法等.最后在二维和三维栅格地图中,改进NSGA-Ⅲ算法利用各种群为各无人机搜索出期望的航迹.仿真实验表明,规划所得到的各无人机航迹安全且代价较小.     

基于自学习可见图的机器人路径规划

针对未知环境下的机器人路径规划问题 ,提出了一种基于自学习可见图与局部最优的路径规划算法 .在这种算法中 ,采用自学习可见图来表示环境 ,并在路径规划的过程中逐步建立自学习可见图 .在避障上设计一个局部最优算法并提出了一种局部路径规划算法 .实验表明 :该方法规划速度快 ,并且能规划出局部最优的路径 ,满足未知环境下机器人路径规划的要求 .     

基于视觉/GPS/MEMS-SINS的微型飞行器姿态确定系统

分析了微型飞行器姿态确定系统的现状,提出利用视觉/GPS/MEMS-SINS组合导航系统确定微型飞行器姿态的方案.微型飞行器获取图像中天空和大地的特征不同,其间隐含了载体的姿态信息,在GPS和MEMS-SINS组合的基础上,将所隐含的载体姿态信息作为新增的观测量.建立了组合系统的卡尔曼滤波器模型,并进行了静态和动态仿真.结果表明,视觉/GPS/MEMS-SINS组合导航系统是微型飞行器自主姿态确定的有效方案,增加视觉姿态后,滤波器中惯性导航系统平台误差角的可观测性得到了增强,姿态估计精度也得到了提高.     

微型飞行器动力学模型的系统辨识

利用系统辨识方法建立了某型微型飞行器纵向及横向的动力学模型。首先给出了微型飞行器纵向及横向的传递函数模型结构,然后设计了辨识实验。通过设计数据采集装置采集试飞数据,基于该数据利用最小二乘系统辨识方法建立了微型飞行器纵向及横向的传递函数模型。最后通过交叉验证表明,该模型能够较好地反映微型飞行器纵向及横向的动力学特性。     

基于A*与B样条算法的农用机器人路径规划系统

为高效智能地规划农用机器人在农田中的运行路径,保证精确的作业行距及作业方向,实现机器人按照指定路径自动行驶,设计了基于A*与B样条算法的农用机器人路径规划系统.使用A*算法对农用机器人运行过程进行路径规划,并利用B样条算法平滑该路径,进而得到最优作业路径.Matlab仿真实验结果表明:A*算法和B样条算法结合起来应用于农用机器人的路径规划是可行的.     

基于GIS地图的移动机器人路径规划

针对移动机器人路径规划实现条件的限制,提出基于GIS (geographic information system)地图的移动机器人路径规划.该方法应用改进A*算法,较好地实现了移动机器人的最优路径规划.在任意给定的地图中,只要确定了机器人的起点和终点,就可以找到该机器人在实际工作环境中符合需求的路径规划轨迹.应用VC++编程进行实验,证明了该方法的有效性.     

四川芦山Ms 7.0级地震空基联合观测与灾情增强识别

 以四川芦山M_s 7.0级地震后中国科学院遥感与数字地球研究所的有人机航拍为基础,辅以低空无人机平台进行联合观测,建立了空基多平台联合灾情观测模式下的灾情增强识别系统。介绍了空基多平台航测系统的组成及联合灾情观测的技术流程,使用有人机遥感平台与固定翼无人机遥感平台对重灾区芦山县进行航空联合观测。对震后有人机与无人机遥感影像进行综合对比,分析了地震中房屋典型受损的细节、滑坡体空间变化及重要电力线的破坏情况。结果表明,采用空基多平台的灾情监测模式,可显著增强对灾情的识别能力。     

文化算法在有人/无人机协同作战目标分配中的应用

针对有人/无人机协同作战目标分配问题,基于文化算法提出一种遗传算法和离散粒子群算法相结合的目标分配方法。根据有人/无人机协同目标分配问题的特性,结合文化算法的基本框架,建立了遗传算法和离散粒子群算法的交互机制,充分利用遗传算法和离散粒子群算法对优化问题的搜索能力,改善了2种算法易陷入局部最优的缺点,对约束条件下的有人/无人机协同作战目标分配问题进行了有效求解。实验结果表明,基于遗传和离散粒子群相结合的文化算法优于遗传算法和粒子群算法,收敛速度更快,能够快速找到目标分配问题的最优解。     

基于多重分形的地形辅助导航路径规划算法

地形导航是一种利用航行器下方地形信息获取航行器位置的导航技术。为了得到较高的定位精度并使飞行长度尽可能短,需要预先规划飞行路径。该文将地形数字高程图(digital elevation model,DEM)看作二维灰度图像,引入在图像处理中得到广泛应用的多重分形理论,将利用小波变换求得的奇异指数作为地形提供定位精度能力的一种度量。选择合适的阈值划分得到定位优区,利用A*算法寻找最短路径,此路径即是规划路径。选用粒子滤波作为导航算法,沿规划路径和其他路径进行多次飞行仿真,结果显示规划路径的定位精度和稳定度都比较高,而且路径长度短,有较强的实用性。     

果园移动机器人的全局最优路径规划研究

为了实现移动机器人在果园环境下自主行走,对果园移动机器人在复杂果园环境中的最优路径规划进行研究.首先,利用栅格法定义了移动机器人在栅格上的运动方向、障碍物及信息编码,模拟建立出果园的环境地图模型.然后分别编写Dijkstra算法、A*算法,对果园机器人进行全局最优路径规划.通过分析比较,得出A*算法所规划的最优路径更为方便,搜索效率更高,更加满足果园机器人的实际工作需求,提高其工作效率.     

计及路网权值时变特性的全局最优路径规划

由于静态路径规划（static path planning,SPP）和滚动路径规划（rolling path planning,RPP）思想无法求解全局最优路径,提出了一种计及路网权值时变特性的全局最优路径规划方法（global optimal path planning,GOPP）。利用Vissim软件对重庆大学城某区域路网进行建模与仿真,采用改进的前向关联边数据结构存储路网拓扑关键要素及行程时间仿真数据,以此作为路径规划数据库。在此基础上,推导跨时段路段的实际权值,提出一种基于Dijkstra算法的GOPP方法。最后基于路径规划数据库,在证明经典Dijkstra算法相比智能启发式算法具有全局最优求解能力的基础上,分别采用SPP、RPP和GOPP方法在MATLAB环境下仿真得到3条规划路径,结果表明GOPP累计行程时间为1 158.7 s,相比SPP和RPP分别减少了212.7 s和57.6 s,有效验证了GOPP在缩短交通出行时间的优越性,对今后智能交通系统的发展具有一定的理论指导意义。