无人机全局航路规划技术仿真

针对不同强度威胁源构成的飞行环境,提出了一种基于人工势场法和遗传算法相结合的无人机全局航路规划方法。该方法对威胁进行Delaunay三角网划分,按照穿越三角形边的方向及顺序设计了一种二进制编码方法;把威胁当作斥力源,初始路径当作质量-弹簧链路,求解链路的受力方程,得到该穿越方式下的局部最佳航路;最后利用遗传算法获得威胁网络下的全局最优解。经过三种不同参数情况下的计算机仿真,结果证明该方法能够得到给定的威胁指标下的全局最优航路。     

基于Laguerre图的自优化A-Star无人机航路规划算法

为了降低无人机航路规划的运算量,减少规划时间,确保算法对于任意形状威胁区域和地形的适应性以及所规划航路的准确性,提出了一种新颖的LA-Star算法用于无人机航路规划。首先把威胁区域和禁飞区域简化为圆形,利用Laguerre图算法进行航路预规划,在此基础上简化二次规划空间的范围,之后恢复威胁区域和禁飞区域的真实形状,在简化后的规划空间内使用改进A Star算法实施二次航路规划,最后对生成的航路进行自优化处理。仿真结果证明了LA-Star算法满足航路规划的实时性和准确性要求。     

一种多无人机协同侦察航路规划算法仿真

无人机协同侦察航路规划的算法复杂,数据量大,不易收敛。针对这些特点,采用了基于分散规划、集中调整思想的层次分解策略来确定参考航路。首先改进了粒子群优化算法,并运用该算法确定无人机的协同任务初始航路;然后给出了一种新的航路光顺优化指标,对初始航路平滑修正。仿真实验结果表明,该方法能够解决无人机的协同侦察航路规划问题,是一种效率较高的规划算法。     

基于深度强化学习的UAV航路自主引导机动控制决策算法

针对无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)航路终端约束情况下航路自主引导机动控制决策问题,采用Markov决策过程模型建立UAV自主飞行机动模型,基于深度确定性策略梯度提出UAV航路自主引导机动控制决策算法,拟合UAV航路自主引导机动控制决策函数与状态动作值函数,生成最优决策网络,开展仿真验证。仿真结果表明,该算法实现了UAV在任意位置/姿态的初始条件下,向航路目标点的自主飞行,可有效提高UAV机动控制的自主性。     

多无人机协同运动的虚拟队形制导控制

针对多个无人机的协同运动问题,提出一种多无人机协同运动的虚拟队形制导控制方法。该方法采用跟随-领航者法,借鉴虚拟结构法的思路,首先,根据航路点数据和协同任务队形结构在线规划出虚拟队形期望航路,避免了虚拟结构法刚性结构的缺点;然后,设计非线性航路跟随制导律,导引无人机沿期望航路运动,完成对虚拟队形期望航路的跟踪;第三,基于Lyapunov稳定性理论设计了队形误差控制器,用来补偿由于航路机动带来的航迹切向队形误差;最后,综合制导律和队形误差控制器得到协同运动控制指令。仿真算例表明,该方法能有效实现多个无人机的协同运动。     

面向航路规划的Laguerre图构造算法

Voronoi图是一种用于无人机航路规划的图形算法,其得到的初始航路为相邻威胁中心连线的垂直平分线,因而会穿越覆盖范围较广的威胁源。引入计算几何学中的Laguerre图用于航路规划,证明了当两个威胁区域不相交时,Laguerre图生成的初始航路必然从它们之间的空隙内穿过。针对Laguerre图生成算法不易实现的问题,提出一种基于Delaunay图的Laguerre图构造算法,其时间复杂度为线性对数阶。仿真结果证明了Laguerre图在解决航路规划问题上的有效性,所提构造算法的运行时间能够满足在线规划的要求。     

基于混合蚁群算法的无人机航路规划

无人机(UAV)航路规划的热点和难点在于如何满足安全性和实时性的同时,兼顾全局路径规划和局部路径重规划,以提高无人机的作战效率和生存概率。针对这一问题,在现有无人机航路规划研究基础之上,提出采用蚁群算法与人工势场法相结合的方法。蚁群算法用于全局航路规划,人工势场法用于局部路径重规划。仿真结果表明,两种算法结合所得优化航路较好反映了算法的有效性,可以为航路规划辅助决策研究提供借鉴和参考。     

一种无人机平滑飞行轨迹规划方法

针对现有无人机飞行轨迹规划结果存在折点的问题,提出了一种给定威胁分布下的无人机平滑飞行轨迹规划方法.该方法根据战场威胁分布确定无人机可行节点,并依据威胁代价与距离代价构造综合代价指标,生成赋权图;采用Dijkstra算法求解一条由初始点到目标点综合代价最优的参考轨迹,并可根据任务需求对综合代价指标的权值进行调整,得到满足任务要求的参考轨迹.在参考轨迹基础上,结合无人机自身机动性能约束,采用圆弧拟合方法生成无人机平滑飞行轨迹.仿真结果表明该方法可以快速生成满足任务需求的无人机平滑飞行轨迹.     

基于网格PRM的无人机多约束航路规划

目前,无人机航路规划技术存在约束条件少,不能满足实际飞行需求,规划效率低等不足,文章主要针对上述问题提出改进措施。首先,将航路约束条件进行分类,提出了基本约束、平台安全约束和链路载荷约束,并对约束条件建模,完善无人机航路约束模型。为了提高无人机航路规划效率,提出了网格概率地图法(grid-probabilistic-roadmap, GPRM),利用约束模型构建代价函数,实现无人机航路的多约束快速航路规划。GPRM的实验仿真表明,GPRM规划效率相比较传统PRM有显著提升,同时规划结果更加符合实际任务需求,证明基于GPRM的无人机航路规划具有一定的工程应用价值。     

基于Voronoi图和蚁群优化算法的无人作战飞机航路规划

无人作战飞机(UCVA)航路规划是一类复杂优化问题.在众多航路规划算法中,Voronoi图是一种根据战场多威胁源分布情况获取可行航路的图形算法,而蚁群优化(ACO)算法是受到蚂蚁觅食行为启发而形成的一种启发式仿生算法.根据已知威胁源生成Voronoi加权图,其中每条Voronoi边的总代价可以由威胁代价和燃油代价计算得出;然后给出了在Voronoi图条件下,用于航路规划的改进ACO算法模型和具体实现方法;最后,将Voronoi图与ACO算法相结合,并针对某UCAV多种空战态势下的航路规划问题进行了系列仿真实验.实验结果验证了所提方法在解决UCAV航路规划问题时的可行性和有效性.     

基于DBN威胁评估的MPC无人机三维动态路径规划

模型预测控制(model predictive control, MPC)路径规划算法适用于三维动态环境下的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)路径规划;动态贝叶斯网络(dynamic Bayesian network, DBN)能够有效推理战场态势,对无人机进行威胁评估。针对威胁尾随无人机时的路径规划问题,构建DBN威胁评估模型,将UAV在战场环境中的威胁态势用威胁等级概率表示,与MPC路径规划算法相结合,得到基于DBN威胁评估的MPC UAV路径规划算法。通过多组仿真分析表明,在三维动态环境下,特别是威胁尾随无人机时,基于DBN威胁评估的MPC无人机路径规划算法可以得到有效的无人机路径。     

基于启发式预测窗口的UAV实时航迹规划方法

考虑移动目标及移动威胁,根据机载传感器实时获得的目标及威胁信息,提出一种基于启发式预测窗口的无人机实时航迹规划方法。根据敌我态势估算预测窗口,并结合卡尔曼滤波预测目标及威胁的状态,构建基于矢量夹角原理的目标函数,评估威胁及航程代价并满足无人机的机动约束。该方法通过最速下降法在线优化得到一系列的无人机航向角,完成航迹规划。仿真结果表明该方法可以有效追击移动目标,并规避移动威胁,实现无人机实时航迹规划。     

基于TLD模型的UAV三维实时平滑航迹规划

针对无人机三维实时航迹规划问题,提出了一种基于三层决策模型的平滑航迹规划方法,以提高其规划效率和可操作性。首先根据无人机三维飞行的特点,并结合自身性能、威胁和障碍以及地形等约束,设计三层决策目标函数和决策变量;其次为了避免不必要的迂回和路径,提高航迹的平滑性,提出了元胞化地图的变长探测方法和启发式优化策略;最后,利用所提出的认知行为优化算法对这一问题进行求解,以提高规划路径的搜索效率。不同场景地形的仿真及与现有经典方法的比较结果表明:该方法能有效实时规避威胁和地形障碍,且具有较高的可执行性,能够快速生成安全、平滑的飞行路径。     

分段优化RRT的无人机动态航迹规划算法

针对突发威胁,无人机重新规划局部航迹的问题,提出了分段优化快速扩展随机树(rapidly exploring random tree,RRT)的无人机动态航迹规划算法。首先利用分段优化RRT算法生成全局航迹,然后根据突发威胁的相关信息确定局部航迹的起点和终点,最后利用分段优化RRT算法生成局部航迹,绕过突发威胁并回到原航迹。实验结果表明算法运行时间和路径代价都降低了10%左右。对于动态航迹规划,该算法的鲁棒性与实时性较强。     

基于无人机实时数据多波次任务规划模型分析

针对导弹部队多波次作战任务规划问题,依据无人机的实时数据,构建了基于路径的多层规划模型,并设计了模型的算法求解流程.使用遗传算法与禁忌搜索混合算法,得出了任务规划中的最优路径规划,并在此基础上进行了冲突的消除.通过仿真案例表明,用无人机协同配合导弹部队作战,实时传输作战数据,能够解决战场信息模糊不确定的问题;使用多层规...     

基于LASSA算法的多无人机协同航迹规划方法

针对基本麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)在求解多无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)协同航迹规划问题时收敛精度不高,易于陷入局部最优等问题,提出了一种使用对数螺旋策略和自适应步长策略的SSA (logarithmic spiral strategy a...     

基于粒子群算法的地磁匹配航迹规划

针对无人机地磁匹配航迹规划问题,提出了一种基于粒子群优化算法的航迹规划方法.借鉴稀疏A-Star搜索算法的思想,将约束条件结合到搜索方法中,给出了基于地磁网格图的航迹节点扩展方法.结合无人机的机动性能约束和地磁匹配的自身特点,设计了一种适用于地磁匹配的航迹性能评价函数作为粒子群的适应度函数.仿真实验的结果表明:生成的航迹能够满足地磁匹配导航要求,且具有威胁规避的能力.最后,针对只在中制导段采用地磁匹配的情况提出了初步的解决方案,保证无人机顺利进入地磁匹配航迹段.     

基于3D-APF和约束动力学的无人机编队飞行控制

针对无人机编队的路径规划和队形保持问题, 提出了一种基于三维人工势能场(three-dimensional artifical potential field,3D-APF)的无人机编队路径规划与队形保持方法。对于无人机的路径规划,建立了改进的三维人工势函数。在此基础上,建立并推导了虚拟力环境下的无人机运动学模型。对于无人机的队形保持问题,运用约束动力学理论引入拉格朗日乘子建立含有队形约束的编队无人机约束动力学方程组,使编队无人机在整个飞行过程中保持期望队形。采用Penalty-Formulation对拉格朗日乘子进行求解,得到编队无人机约束动力学方程组。最后基于Matlab的仿真实验验证了所提方法的有效性。