无人机动态环境实时航迹规划

提出了一种基于实时A*搜索的无人机实时航迹规划算法。该算法将飞行器运动与航迹搜索相结合,在飞行器飞行过程中实时规划出下一段航迹;在搜索过程中,使用了多步寻优搜索的方法,相比单步搜索生成的航迹更加优化;使用最小转弯半径对生成的折线进行连接,使路径平滑可飞;针对算法局限性,给出一种改出局部最优点的策略。最后经仿真证明了该算法能够较好地满足规划要求。     

基于非均匀B-样条的G2路径平滑方法

运用非均匀B-样条对由直线段构成的路径进行平滑,给出了样条结点参数和样条控制点的选取方法及其证明。平滑后的整条航路曲率为一连续函数,同时满足了无人机最小转弯半径要求。相比于Bezier方法,转弯准备距离缩短为原来的93.75%。仿真结果显示,本文所得航路更适合运用于障碍物密集的严苛环境中。     

空空导弹越肩发射转弯段最优导引方法研究

弹道具有后向转弯段是空空导弹越肩发射区别于其他发射方式的特点之一.提出了一种基于不完全目标信息(目标进入角)的转弯段最优导引方法,运用坐标旋转和最大值原理,求出了导弹最优推力矢量角,并得到了转弯段最优轨迹.仿真结果表明,运用该导引方法能够快速完成越肩发射转弯段的导引任务,并具有转弯半径小,需用过载小的优点.     

小型无人机协同覆盖侦察路径规划

针对多架小型无人机对含有障碍的区域覆盖侦察最佳路径规划问题,首先用方形单元格将待侦察区域离散化,利用基于初始位置的划分方法划分出与无人机对应的子区域,把问题转化为单无人机优化问题以降低计算复杂度;然后在最小生成树的基础上提出节点交换法,对各子区域的形状和最小生成树进行调整优化;最后依据优化后的最小生成树为每个子区域构建侦察路径。仿真验证了该方法产生的规划路径能够完全覆盖指定区域且无重叠,路径长度和转弯数最小。     

无人机任务分配与航迹规划协同控制方法

针对无人机协同控制问题,提出一种多无人机任务分配与航迹规划的整体控制架构。将威胁和障碍区域考虑为合理的多边形模型,使用改进的A*算法规划出两个航迹点之间的最短路径。并利用该路径航程作为任务分配过程全局目标函数的输入,采用与协同系统相匹配的粒子结构进行改进粒子群优化(particle-swarm optimization,PSO)任务分配迭代寻优。根据分配结果并考虑无人机性能约束,基于B-spline法平滑路径组合,生成飞行航迹。仿真结果表明,算法在保证计算速度和收敛性能的同时,能够产生合理的任务分配结果和无人机的可飞行航迹。     

无人机鲁棒轨迹线性化控制航迹跟踪设计

研究一种鲁棒轨迹线性化控制方法并将其应用于无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)航迹跟踪控制设计。通过理论分析指明传统轨迹线性化控制方法对系统中的不确定性存在鲁棒性不足的问题,采用改进隐层自适应神经网络对不确定性进行补偿,并利用Lyapunov理论证明了跟踪误差的有界性,最后将该方法应用到无人机三维航迹跟踪控制中。仿真结果表明,当参数摄动在20%时,该控制方法仍能使UAV很好地跟踪理想航迹,从而验证了该方法的有效性。     

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。     

基于多步寻优搜索的无人机航迹重规划算法

针对无人机路径实时重规划的安全性要求,将自学习实时A^*搜索算法与模型预测控制的思想相结合,提出了一种多步寻优搜索算法.解决了无人机在飞行过程中遇到突然出现的威胁时的航迹重规划难题,给出了应用该算法的具体步骤.通过仿真结果证明了该算法的可行性.     

基于改进人工势场法的无人机航迹规划

针对传统人工势场(traditional artificial potential field, TAPF)方法在无人机航迹规划时航迹摆动幅度较大且容易陷入局部极小值的问题, 提出了一种改进人工势场法。首先在TAPF方法的基础上, 引入角度与速度调节因子, 模拟更真实的无人机飞行轨迹; 然后再引入辅助避障力, 实现避障的同时平滑轨迹; 最后对改进航迹规划算法与TAPF方法进行仿真实验。结果表明, 相较于传统算法, 改进后的航迹规划算法在航迹平滑性上有显著提升, 并且有效地避开了局部最小值点。     

基于随机策略搜索的多机三维路径规划方法

针对传统无能耗约束的多无人机路径规划方法难以适应复杂山地作业环境的应急救援要求,提出了一种基于LSTM-DPPO(long short-term memory-distributed proximal policy optimization)框架的多无人机三维路径规划算法。利用LSTM长短期记忆神经网络提取出多无人机在各自飞行过程中的重要特征状态信息序列,经过多次迭代更新后得到一个最优网络参数模型,结合能耗生成最优的三维探测路径。实验结果表明：该方法相对于传统路径规划方法效果显著,能在能耗最小的前提下规划出最优探测路径。     

基于速度障碍法的多UAV可飞行航迹优化生成

研究无人飞行器(unmanned aerial vehicle, UAV)在线可飞行航迹的自主规划对UAV适应非结构化环境、提高机动作战能力具有重要的现实意义。提出了一种基于Pythagorean-Hodograph (PH)曲线的UAV在线航迹生成算法,可以根据UAV当前的飞行状态、目标点信息及传感器探测信息实时规划出曲率连续的可避碰飞行航迹。考虑系统动态性能约束,采用分布估计算法对航迹参数进行优化选取,提出基于区间选优的全局精英个体概率选择机制,提高了航迹生成的速度及精度。根据速度障碍法原理,结合PH曲线的特点,给出了高动态环境下多UAV的实时动态避碰规划算法,该算法能使轨迹快速趋近于目标。对一组UAV的航迹规划在不同环境下进行了仿真实验,仿真结果证明了算法的有效性和实用性。     

货到人拣选系统多阶段可穿行多AGV路径规划

针对货到人拣选系统大规模多AGV(automated guided vehicle)路径规划中由于转弯和避障导致行驶时间增长的问题,考虑空载AGV可穿行货架,建立以任务完成时间最短为目标的路径规划模型,并通过改进A*算法对该问题进行求解。对AGV运行阶段进行划分,在A*算法中引入转弯惩罚值减少转弯次数,利用避障等待时间设置避障优先级。仿真实例结果表明考虑转弯和避障的可穿行货架路径规划方法能够降低任务完成时间和行走路径长度,在提高拣选系统作业效率方面具有参考价值。     

基于快速RRT算法的三维路径规划算法研究

RRT(rapidly exploring random tree)算法是一种基于采样的路径规划算法,可以在高维环境中搜索出一条路径。传统的RRT算法存在节点利用率低、计算量偏大的问题。针对这些问题,基于快速RRT^*(Quick-RRT^*)算法,通过优化重选父节点与剪枝范围策略、改进采样方式、引入自适应步长,对快速RRT^*算法进行改进,使得算法耗时和路径长度更短。同时,加入节点连接筛选策略,消除路径中过大的转弯角。实验结果表明,改进后的算法在三维环境下能快速找到一条距离最短的无碰撞路径,且运行时间也大幅降低。     

通信距离约束下双无人机目标跟踪算法

提出了一种旨在提高定位精度,同时具有保证通信距离约束和传感器探测距离约束性能的无人机双机协同跟踪路径规划算法。分析了传感器误差引起的目标定位误差,指出使用协同跟踪的优势。针对通信约束、传感器距离约束以及精度要求,分别提出了漏斗函数、参数冻结等策略,满足了双无人机协同目标跟踪时的相关约束。设计了双无人机目标三维定位的方法。通过对无人机双机协同跟踪精度与单机目标测量精度仿真对比,验证了算法能够在维持两种距离约束的情况下,以较高的精度跟踪目标。     

基于路径-速度解耦的无人机编队协同轨迹规划

针对无人机编队在复杂机动情形下的协同轨迹规划问题,提出了一种基于路径-速度解耦方法的预瞄自适应轨迹规划方法。在路径规划阶段,考虑无人机转弯机动的曲率限制,采用Dubins曲线作为路径构成的基本子结构。为得到最优的Dubins曲线连接控制点,设计了自适应预跟随路径特征的预瞄距离规划算法。在速度规划阶段,针对控制参数化与时间离散化(control parameterization and time discretization, CPTD)的速度规划方法,提出了栅格化空域下差异区间速度规划方法,简称为DIPR。仿真结果表明,预瞄距离自适应算法能够有效优化路径，对比固定预瞄距离方法在转向弧度上平均减少30.70%,在跟踪偏离上减少16.41%,在路径长度上缩短10.87%。对比CPTD方法, DIPR平均提前30代收敛,收敛值平均提高10.67%,编队完成队形集结时间平均缩短15.4 s。得到结果更快更优,并且速度曲线结果连续平滑。     

基于路径-速度解耦的无人机编队协同轨迹规划

针对无人机编队在复杂机动情形下的协同轨迹规划问题,提出了一种基于路径-速度解耦方法的预瞄自适应轨迹规划方法。在路径规划阶段,考虑无人机转弯机动的曲率限制,采用Dubins曲线作为路径构成的基本子结构。为得到最优的Dubins曲线连接控制点,设计了自适应预跟随路径特征的预瞄距离规划算法。在速度规划阶段,针对控制参数化与时间离散化(control parameterization and time discretization, CPTD)的速度规划方法,提出了栅格化空域下差异区间速度规划方法,简称为DIPR。仿真结果表明,预瞄距离自适应算法能够有效优化路径，对比固定预瞄距离方法在转向弧度上平均减少30.70%,在跟踪偏离上减少16.41%,在路径长度上缩短10.87%。对比CPTD方法, DIPR平均提前30代收敛,收敛值平均提高10.67%,编队完成队形集结时间平均缩短15.4 s。得到结果更快更优,并且速度曲线结果连续平滑。     

基于两级扫描线优化的快速立体匹配算法

通过引入视差梯度理论,提出了一种弱连续性约束,它表示相邻点的视差变化总在一定的范围之内.同时引入了一种两级扫描线优化方法,它从水平和垂直两方向进行扫描线优化.最后把弱连续性约束与两级扫描线优化方法结合起来得到一种快速立体匹配方法.通过对比实验表明,与未加入弱连续性约束的两级扫描线优化算法相比,所提算法计算量更少,同时减轻了同纹理区域的匹配不确定性;与传统一维扫描线优化算法相比,该算法具有更高的匹配准确性并解决了扫描线间的不连续性.     

基于区域划分的反舰导弹航路规划算法

针对反舰导弹(anti-ship missile, ASM)传统航路规划中难以兼顾巡航安全和快速抵近目标的问题,提出了基于区域划分的航路规划算法。首先,依据目标点和战术区中心点相对位置关系分别建立“远离威胁战术区”和“抵近目标战术区”模型。然后,在威胁战术区采用Dijkstra算法计算Voronoi图的最短航程并进行自适应折线化处理;在目标战术区采用二叉树算法快速规划最短航程\最少转向点航路。仿真结果表明,所提方法相比Voronoi图的路径参数更加优化,相比二叉树算法更加安全,同时生成的航路规划网能够为多枚导弹协同攻击提供全局性航路参考。     

一种动态不确定环境下UAV自主避障算法

在动态不确定环境下,考虑威胁障碍物的机动性和无人飞行器(unmanned aerial vehicle, UAV)携带传感器的探测误差,可有效地提高UAV执行任务的安全性和可靠性。本文在速度障碍法的基础上,将动态不确定性通过威胁障碍速度矢量方向角的偏差进行表示,并建立了动态不确定性速度障碍模型(dynamic velocity obstacle model, DVOM);为量化动态不确定环境下威胁障碍物的影响,基于速度障碍圆弧法,给出了DVOM速度障碍圆弧法,并在此基础上,提出了一种动态不确定环境下UAV自主避障算法。最后,以Pythagorean Hodograph (PH)曲线路径规划为例对考虑动态不确定性的UAV自主避障算法进行了验证,仿真结果验证了算法的有效性和可行性。     

联合A*与动态窗口法的路径规划算法

由于无人艇所行驶的海洋环境比较复杂, 因此无人艇智能系统中的路径规划系统显得越来越重要。针对A^*算法与动态窗口法(dynamic window algorithm, DWA)存在的不足之处, 提出一种将二者进行结合的混合路径规划算法。通过对A^*算法得到的局部目标点进行迭代更新使水面无人艇(unmanned surface vessel, USV)利用DWA得到最佳搜索路径。仿真结果表明, 提出的算法所搜索的路径长度以及路径的拐点相对于A^*算法分别缩短了21%和减少了59%, 验证了所提算法的优越性。