无人机航迹规划算法研究

航迹规划算法是无人机应用的关键技术之一。本文主要结合蚁群算法对无人机三维航迹规划进行了系统的研究。针对无人机三维航迹规划的复杂性及其搜索空间大且效率低的问题,提出了一种基于蚁群算法的航迹滚动规划方法,并将地形条件与航迹规划的约束条件加入搜索算法中,以使规划的航迹更符合实际情形。仿真实例结果表明,所提出的规划方法可以规划出满足无人机飞行要求的航迹。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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...     

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。     

基于乌贼算法的无人机航迹规划

乌贼算法是一种新型的启发式仿生优化算法。提出了一种基于乌贼算法的无人机航迹规划算法。所构建的概率地图采用概率密度函数来对各种威胁源进行建模,非常适合表述战场环境的不确定特性。乌贼算法与传统的启发式算法相比,拥有更快的收敛速度。在此基础上设计的基于乌贼算法的概率地图航迹规划算法能够有效的缩小概率地图的规划空间,使得航迹规划搜索范围减少、时间缩短。仿真实验表明,该方案比传统概率地图航迹规划方法更能满足无人机航迹规划的要求。     

移动威胁下的无人机三维航迹规划

针对移动威胁下的无人机三维航迹规划问题,采用自适应卡尔曼滤波算法,对移动威胁的状态信息进行了预测,依据其航迹方位角、航迹倾斜角与视线角之间的关系,建立了航迹角控制数学模型,并提出了移动威胁下基于参数调整的航迹规划算法.仿真结果表明,该算法能够保证无人机有效地躲避空中移动威胁,并提高了其规避移动威胁的快速性.     

基于改进进化算法的无人机航迹规划

基于进化算法的无人机航迹规划已经得到了广泛的研究;但是由于其进化算子的多样化,还存在许多不足之处。针对现有进化算法的缺点引入一种新的坐标系,提出了一种定向进化策略,使每个航迹点根据具体情况进行定向变异。为了测试改进算法在航迹规划中的避障能力,进行了一系列的仿真实验。仿真结果表明基于改进进化算子的进化算法在无人机航迹规划应用中具有很大的优越性。     

无人机航迹规划常用算法综述

为促进航迹规划技术的发展,对航迹规划常用算法进行综述。首先对航迹规划的规划思想和构成进行分析; 其次将航迹规划算法分为传统经典算法和现代智能算法两大类,对其中几种常用算法进行分析总结; 最后阐述现代智能算法在航迹规划应用中的改进、多重算法的融合改进以及多无人机四维航迹规划算法研究3 个研究热点及未来发展趋势。     

基于改进粒子群优化的多无人机协同航迹规划

由于航迹规划可以为多无人机飞行控制提供参考指令,且当前粒子群航迹规划算法存在收敛速度慢,成功率不高的缺点,故提出了一种综合改进粒子群的多无人机协同航迹规划算法,考虑了无人机性能约束、障碍与威胁约束、空间协同与时间协同约束。首先,通过对学习因子线性化调整,实现了粒子惯性和最优行为的平衡;其次,引入混沌初始化,改善了粒子分布质量;然后,基于遗传变异思想设计了取代策略,同时提出了调速机制,提升了算法收敛速度。最后,将综合改进粒子群算法进行仿真验证,规划结果成功率高、收敛速度快且航迹代价小,可见改进算法的有效性。     

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。     

基于改进蚁群算法的巡航导弹三维航迹规划

针对巡航导弹三维航迹规划的复杂性及其搜索空间大且效率低的问题,提出了一种基于改进蚁群算法的航迹规划方法.将生存概率的优化目标函数由乘积最大化形式转化为和最小化形式,并与航迹段长度的优化目标函数形式一致,提出了允许后续航迹点的概念,将地形条件与航迹规划的约束条件加入搜索算法中,以使规划的航迹更符合实际情形且搜索空间减小,从而提高三维空间航迹规划的效率.仿真实例结果表明,所提出的规划方法可以规划出具有较大生存概率且可接受航程的航迹.     

基于空间综合威胁体的无人机航迹规划方法研究

传统规划多数在平面中模拟威胁,难以真实表达威胁对无人机的影响范围,为了提高无人机飞行中的安全性和稳定性,在航迹规划中尽量规避周围环境的威胁,本文提出了一种基于空间综合威胁体的航迹规划方法,在目标区域内建立空间综合威胁体模型并进行分析及计算,最后进行航迹规划.空间综合威胁体的限制可有效减少待扩展节点的数量,提高航迹规划计算的效率.     

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.     

基于遗传算法的无人机航迹规划研究

本文研究了一种用遗传算法进行无人机航迹规划的方法,指出了无人机航迹规划的定义;提出了一种给定威胁及障碍分布下的无人机路径规划算法。根据威胁及障碍分布情况构造无人机可能飞行的航路集voronoi图,采用Dijkstra算法搜索威胁及障碍分布图,求解初始最短路径。在初始最短路径基础上,采用遗传算法优化初始路径。最后进行仿真实验,结果验证了遗传算法能提高航迹质量。