基于蚁群算法的无人机航迹规划研究

现如今,无人机应用的关键技术无外于乎航迹规划算法。基于这个现状,该文将针对无人机航迹规划进行系统研究,构建了无人机航迹规划的空间模型,在此之中结合蚁群算法,保证规划的真实可靠性。考虑到现在无人机应用的复杂以及不能完全利用有效空间的问题,提出以蚁群算法为基础的一种新型的航迹规划方法,并在其中考虑到地形,约束条件等外部因素,因此保证了航迹可以在现实中应用。最后,阐述了无人机航迹规划面临的关键问题及未来发展趋势。     

基于Q学习的无人机三维航迹规划算法

针对现有的基于强化学习的无人机航迹规划方法因无法充分考虑无人机的航迹约束而使规划获得的航迹可用性较差的问题,提出一种更有效的无人机三维航迹规划算法.该算法利用无人机的航迹约束条件指导规划空间离散化,不仅降低了最终的离散规划问题的规模,而且也在一定程度上提高了规划获得的航迹的可用性,通过在回报函数中引入回报成型技术,使算法具有满意的收敛速度.无人机三维航迹规划的典型仿真结果表明了所提出算法的有效性.     

基于自适应多态融合蚁群算法的无人机航迹规划

为解决传统航迹规划最短路径算法易陷入局部最优及复杂地形情况下的无人机航迹规划问题,提出了一种基于自适应多态融合蚁群算法的航迹规划方法。通过对航迹规划问题进行描述,建立数学模型,将自适应和蚁群算法相结合,与多态蚁群形成了全局、局部并行搜索模式,以提高算法寻找全局最优值的能力;提出自适应并行策略和自适应信息更新策略,以提升其全局搜寻能力。仿真结果表明,自适应多态融合蚁群算法较传统蚁群算法和多态蚁群算法具备更好的性能,能有效地提高搜索路径的长度和收敛速度,从而避免在求解过程中陷入局部最优,因此在求解最优航迹规划问题上有很好的应用前景。     

基于改进蚁群算法的无人机航迹规划

针对无人机在指定地点执行侦察、 巡逻或攻击等任务, 将无人机执行任务的航迹代价模型转化为旅行商问题, 采用改进蚁群算法实现航迹规划。通过引入去交叉禁忌搜索策略, 对基本蚁群算法进行改进, 以解决在收敛后期易陷入局部最优的问题。同时, 利用数值仿真对所研究的基于改进蚁群算法的无人机航迹规划算法进行验证。仿真结果表明, 该算法能提高了无人机航迹优化能力。     

云模型蚁群算法在无人机航迹规划中的应用

为中高空飞行的无人机提出了一种新型航路规划算法。该方法基于云模型蚁群算法。基本蚁群算法有着突出的缺陷:易陷入局部最优解而且需要计算时间长。提出的改进型蚁群算法,通过云模型来控制信息素强度Q和挥发系数ρ的大小,从而得到更好的收敛性与避免陷入局部最优解,并进行了TSP问题的仿真计算。通过将无人机任务地图网格离散化,运用云模型蚁群算法进行航迹规划。     

基于动态加权A*算法的无人机航迹规划

随着无人机航迹规划高维空间的扩展,无人机的飞行环境变得异常复杂,其外部威胁不再是简单的二维静态威胁,传统的蚁群算法和人工势场算法已经不能满足实时性和高复杂环境的要求。为解决上述问题,提出新的基于动态加权A^*算法的无人机航迹规划。首先对无人机的飞行环境进行建模,通过研究航迹规划的转弯半径、航迹段长度和最大航程限制等约束条件,用于保证无人机的安全飞行,从而降低坠机率和威胁概率;其次,通过研究无人机的航迹和外部威胁参数,设计出新的航行方式,降低航行危险和减少损失;然后,通过扩展顶点势能定位和网格图整体变化的动态权重,获得动态环境下的代价函数,增加避障搜索速度、精度和加深回避程度。最后,通过仿真结果表明,在同一应用环境下,所提算法与蚁群算法和人工势场算法相比,航迹路径最优、威胁代价最小和算法执行的时间最短。综上,基于动态加权A^*算法很好地应用于无人机航迹规划,降低了无人机航迹代价,缩短了算法完成时间,提高了复杂环境下无人机航迹规划的搜索速度和精度。     

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.     

基于改进蚁群算法的多旋翼无人机航迹规划研究

航迹规划需要无人机快速到达目标点来减少航程,同时要躲避障碍物减小威胁。针对传统的蚁群算法在无人机航迹规划中易出现极值、收敛速度慢等缺陷,文章提出了一种改进的蚁群算法。对环境地图进行坐标转换来避免蚂蚁在最后节点可能横跨多个单元;利用起始点与目标点位置来初始化信息素分布,信息素挥发因子采用时间和空间的自适应更新策略,增强了算法的全局搜索能力和效率;设计了方向和角度最优的启发信息,并构造相应的综合评价函数;最后对航迹采用三阶B样条曲线平滑处理。仿真结果表明,改进后的蚁群算法能够快速收敛于最优航迹,并能很好地适应无人机的飞行要求。     

采用多重启发蚁群优化算法的无人机航迹规划

为解决复杂环境下的无人机航迹规划问题,提出了一种多重启发蚁群优化算法.该算法综合考虑无人机当前位置与待选位置之间的距离和威胁分布,以及待选位置与目标位置之间的距离和威胁分布,将这些已知信息构造为蚂蚁状态转移的多重启发信息,指导蚂蚁的搜索行为.文中对多重启发蚁群优化算法的收敛性进行了分析,并针对航迹不可行和任务区域内存在...     

基于ROS的无人机仿真开放性实验教学设计与实现

该文基于机器人操作系统(ROS)仿真环境提出一种开放性的无人机仿真实验教学方案,通过ROS集成的可视化功能,利用Kinect等设备获取环境信息、搭建无人机动力学模型和三维可视化模型,设计三维环境航迹规划算法,并通过动态演示技术,实现ROS环境下的无人机航迹规划动态演示,使学生能够从开放性试验中实现无人机的运动控制、航迹规划和可视化编程等技术。基于ROS的无人机仿真实验是运动控制、规划算法、可视化编程等技术的一种典型的综合性应用,有助于学生深入学习无人机的原理和航迹规划方法。教学实践证明开放性教学方案在教学实践中取得较满意的效果。     

基于弹道下降方式的无人机风险评估与航路规划

针对无人机系统失效后对地面人员及财产安全的威胁,提出了一种基于弹道下降方式下的无人机风险评估及航路规划方法。分析了无人机失效后的下降特点及规律,采用栅格法划分空域环境,以地面不同属性构建低空空域环境风险评估模型。结合无人机飞行的风险值、路径长度和空域情况,建立了多目标、多约束的无人机飞行航路规划模型。利用改进蚁群算法进行求解：优化转移概率,避免蚂蚁陷入死区间和减少盲目搜索;对信息素的更新进行改进,调整自适应系数增强最优路径的信息素浓度,提高算法收敛速度与稳定性。相比传统蚁群算法的路径规划,运行时间缩短6.7%、最优路径风险值降低41.45%、整体性能提高18.0%。仿真结果表明：本文模型及改进算法可以在提高路径安全性的前提下,缩短规划路径生成时间且保障运行的经济性。     

自适应多启发蚁群算法的无人机路径规划

为了解决蚁群算法在无人机实现路径规划中容易陷入局部最优的问题,提出改进的蚁群算法。对信息素的挥发因子以及信息素进行上、下限设置,防止由于较短路径上的信息素过高以及较长路径上的信息素过低,使蚂蚁陷入局部最优,同时在多启发因素的影响下,将路径的整体长度作为决定状态转移概率的一个自适应启发函数因子,当路径长度很大时,自适应启发函数因子较小,使得蚁群选择该路径的概率减小。实验结果表明,改进的算法在路径长度上减少了6.4%,最优路径长度方差降低了85.78%,增加了对环境整体性的考虑,缩短了路径长度,降低了迭代次数,跳出局部最优。在环境复杂度加大的情况下,引入自适应启发函数因子之后的算法可以有效地选择较好的路径,为无人机路径规划提供了理论依据。     

基于蚁群算法的军用飞行器航迹规划

为了提高军用飞行器的作战效能,在实施远程精确打击之前,必须利用地形和敌情等信息,规划出生存概率最大、作战效率最高的飞行器突防轨迹.针对这一问题,讨论了基于蚁群算法的航迹规划方法,并经过坐标变换将算法的候选解集合、航路选择规则以及信息素更新规则进行了改进,获得了一种更有效的航路规划方法,且取得了较好的计算机仿真结果.     

油浸式变压器微型仿生鱼全局路径规划策略

为有效检测大型变压器内部的故障位置和故障类型,通过利用微型仿生鱼对变压器内部进行视觉观测,可较直观的检查变压器内部故障。微型仿生鱼在检测过程中的路径规划是仿生鱼任务完成的关键。针对变压器内部复杂的三维空间,本文提出了基于人工势场法和蚁群算法的三维全局路径规划策略,并利用LABVIEW对变压器微型仿生鱼的三维全局路径规划结果进行了仿真分析。分析结果表明：当引入了人工势场法的相关机理,蚁群算法将不再盲目进行搜索,而是优先选取人工势场合力方向的临近栅格点,提高了算法搜索速度和全局寻优能力。基于人工势场法和蚁群算法的三维全局路径规划策略对微型仿生鱼进行了有效路径规划,具有较好的实用性,这对后续变压器微型仿生鱼样机的控制提供了重要参考。