航线天气预报中航迹规划仿真研究

在实际的航线天气预报中,应该根据三维空间和时间的气象信息变化、障碍物、威胁等信息以及飞行器自身的机动性能限制,计算出飞行航迹。这里主要通过基于进化算法的动态路径规划思想,应用MM5模式输出产品(风场、积冰和颠簸)信息,进行航迹路径的规划仿真验证与分析,给出了具有实际应用价值的预报飞行航迹。     

基于进化算法的多飞行器四维航迹规划方法

鉴于目前的航迹规划方法都局限于二维或三维空间,提出了一种基于进化算法的多飞行器四堆航迹规划方法.该方法在三维航迹规划的基础上加入时间代价约束,通过计算航迹节点在四维空间的坐标,将到达目标的时间与航迹搜索结合起来,使多个无人飞行器能够对目标进行同时打击并避免飞行器在飞行过程中的碰撞.仿真试验结果表明,该方法可以快速有效地完成四维航迹规划,获得满足要求的多飞行器飞行航迹.     

基于任务分配的多飞行器协同航迹规划

在综合考虑飞行器编队的飞行代价和作战效果的基础上, 研究了基于任务分配的多飞行器协同航迹规划方法, 构建了结合任务分配的飞行器编队协同航迹规划模型, 设计了分解式协同航迹规划算法, 可以有效地对多目标存在的情况进行综合权衡, 得到合理的任务分配和航迹规划方案. 仿真算例表明, 这种航迹规划方法不仅能保证各飞行器选择合理的协同航迹, 也使得作战任务可以获得最佳作战效果, 有效地提高编队作战的效费比.     

基于小生境遗传算法的飞行航迹规划

提出了一种基于小生境遗传算法的飞行航迹规划方法.把航迹编码为离散时间上变长度的飞行器速度和航向变化序列,并以此序列作为遗传算法种群中的个体,在这个变化序列中,每一个元素都考虑了飞行器的性能约束,因而,每个变化序列对应的航迹郝是飞行器可飞的.初始种群不是随机生成,而是根据规划起点和终点的相对关系生成的.为了防止种群收敛于局部最优解,采用基于共享函数的小生境技术增加种群的多样性.仿真结果表明,算法能快速有效地在动态环境中规划出近最优的飞行航迹.     

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。     

高超声速飞行器实时航迹规划研究

提出一种实时航迹规划策略和一种改进变步长稀疏A*算法,并基于ADSP-21364处理器设计了一套高超声速飞行器实时航迹规划系统,该系统能够在离线规划的基础上根据实时探测的威胁对航迹进行重规划。进行了飞行模拟实验以及视景仿真,结果验证了规划策略和改进A*算法的有效性。规划得到的实时航迹能避开各种在线威胁,满足实时规划要求。     

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。     

基于自适应遗传算法的无人机航迹规划方法研究

随着攻防系统的发展与完善,实现飞行器有效突防越来越困难,而采用航迹规划技术能够有效的提高飞行器的突防概率.基于此,首先研究了参考航迹的角度、高度以及航迹段长度等约束条件;其次对航迹编码方式进行了改进,采用全实数的双向链表的编码方式;对自适应遗传算法的交叉和变异概率的计算方法、交叉算子和变异算子进行了改进,并应用该算法在求解航迹规划问题上进行了仿真研究,对采用不同的变异算子所得结果进行了对比分析.仿真计算的结果表明,该算法能够规划出一条满足要求的参考航迹,采用组合变异算子能取得比采用单个变异算子更优的参考航迹.     

基于改进A*算法的飞行器三维航迹规划算法

提出了改进A*算法并应用于飞行器航迹规划,该算法把地形平滑技术融合到路径搜索的过程中,使平滑处理只需满足路径选择方向的飞行坡度要求和飞行器过载限制,得到的最优航迹更加贴近地形。在相同的条件下对改进A*算法和传统算法进行仿真比较,传统算法需要35 s左右收敛得到优化航迹并且代价函数为32.15;改进算法能在24 s内找到代价函数最优的飞行器三维航迹且代价函数为28.26,仿真结果表明改进A*算法在收敛速度和最优路径代价函数结果都明显优于传统算法,是一种有效的三维航路规划方法。     

基于粒子群优化的高超声速飞行器航迹规划

提出了一种基于粒子群优化算法的高超声速飞行器航迹规划方法并进行了仿真验证.首先计算了高超声速飞行器的最小转弯半径,然后建立威胁模型,将威胁模型投影到赤道平面内,利用一个有限项的多项式函数采逼近实际航迹在赤道平面内的投影,使航迹规划问题简化为在一个多项式系数空间中的搜索寻优问题.利用粒子群优化算法,鉴于高超声速飞行器特点,规划得到赤道平面内的航迹,根据对应关系,最后得到实际航迹.仿真结果表明,生成的航迹自动避开了威胁.     

力反馈汉字书法模拟的任务规划和逼真度评价方法

交互过程的任务规划和逼真度评价是力反馈模拟系统的两个重要问题。目标是针对汉字书写模拟建立人的触觉技能表达和逼真度评价模型。提出了分层任务规划方法。在任务层，将汉字的力觉引导过程分为形状引导和笔顺引导；在表达层，提出了状态变化图谱，描述笔尖与纸面的交互状态序列；在设备层，将上述状态序列映射为交互设备的控制指令序列。基于分层规划建立了交互状态空间映射匹配度模型，作为逼真度评价指标。采用力反馈设备Phantom desktop进行了系统实验，证明上述规划方法可以满足实时力觉引导的控制规律设计要求，逼真显示汉字书写过程的交互力。提出的逼真度指标可以定量地评价力觉显示的训练效果。     

基于细菌觅食算法的多异构无人机任务规划

针对多无人机任务规划问题, 以细菌觅食算法为基础, 融合遗传算法的交叉变异操作, 进行任务分配。为了提高算法的收敛能力, 动态自适应调节算法的游动步长、繁殖次数和迁徙概率。基于Lyapunov导航向量场和避障向量场构建融合向量场, 模拟真实静态和动态障碍物环境, 在任务分配阶段完成航迹规划; 基于合同网拍卖算法, 进行无人机坠毁后的任务重分配。仿真结果显示, 改进算法满足任务规划需求, 在考虑静态和动态障碍物的环境下, 能够高效的完成多异构无人机的任务分配以及重分配且总代价最小。     

面向多无人机协同对地攻击的双层任务规划方法

无人机(unmanned aerial vehicles, UAVs)的任务规划包含任务分配、执行顺序确定以及航迹优化等。为了达到任务规划的全局最优,需要全盘梳理任务的各个方面,提出高效的优化策略。综合考虑任务规划过程中任务分配、执行顺序确定以及航迹优化等方面的需求和相互间影响,首先从优化框架出发, 设计了双层互耦的任务规划求解策略, 而后将任务规划模型分为上层任务分配和下层任务序列优化, 并对每一层的优化方法和优化步骤进行了详细设计。在任务分配问题中, 基于模拟退火算法, 提出了可跳出局部最优的模拟退火-撒点(simulated-annealing-shooting, SAS)算法, 并详细探讨了算法参数的设计原则。最后通过仿真分析, 验证了所提出的规划框架和SAS优化算法的有效性。     

基于PCE方法的无人机轨迹规划与分析

针对无人机轨迹规划过程中不确定因素的特点,提出了一种利用多项式混沌展开(polynomial chaosexpansion,PCE),并获得基于人工势能法的模型最优参数的无人机轨迹规划方法。通过建立PCE代理模型,利用随机配置点法进行快速求解,规避了对已有的最优控制模型直接优化带来的计算资源不足的问题;通过Sobol灵敏度分析,减少不确定性参数在轨迹规划模型中的计算量;通过无人机轨迹规划案例,证明了方法的有效性。仿真结果表明:该方法与经典的人工势能模型相比,增加了不确定性分析,提高了模型计算效率。     

未知环境下基于感知自适应的多AUV目标搜索算法

针对未知环境下目标搜索的复杂性与环境特征的随机性问题,提出了基于分区域的感知自适应目标搜索算法,来解决传统的梳子形搜索模式或预先离线设计的全局优化航迹中,自主水下航行器不能灵活适应环境的目标搜索问题。该方法的主要特点是根据AUV视域内有环境目标特征时,实时设计最优一步的航迹规划,并利用贝叶斯估计来完成目标定位,无目标时,利用分区域栅格值并锁定任务区域的航迹规划,两种模式交替进行来提高搜索的灵活性。仿真结果表明,相比于传统搜索模式或全局优化航迹,该方法增强了环境适应能力,提高了目标搜索效率。     

基于自适应伪谱法的UCAV低可探测攻击轨迹规划研究

研究无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle,UCAV)对地攻击阶段轨迹规划问题。首先,在综合UCAV的气动力特性、发动机推力特性基础上建立UCAV质点模型和动力学模型,并结合UCAV平台初始条件、机动性以及武器投射条件构建约束条件;针对当前轨迹规划中没有考虑雷达散射截面(radar cross section,RCS)随UCAV姿态角改变而动态变化这一缺陷,建立综合考虑动态RCS的威胁概率和攻击时间的目标函数;然后利用可变低阶自适应伪谱法求得攻击轨迹最优解。对时间最短、RCS固定和考虑动态RCS 3种情况进行仿真。结果表明,考虑动态RCS时,UCAV将根据威胁进行轨迹和姿态调整,极大减小了被敌方威胁捕获的概率。该算法能够提供规划轨迹的高精度状态和控制量信息,有利于实现攻击过程的高精度精细规划控制。     

基于混沌粒子群优化算法的翼伞系统轨迹规划

研究灾难环境下翼伞空投机器人系统轨迹规划问题,基于简化的翼伞系统质点模型,采用混沌粒子群优化算法对翼伞系统归航轨迹进行寻优。该方法采用非均匀B样条技术实现最优控制规律的参数化,将翼伞系统轨迹规划的最优控制问题转换成参数优化问题,进而运用混沌粒子群优化算法进行寻优计算。轨迹规划的控制曲线是光滑的,利于电机对翼伞系统的操纵伞绳实施控制。仿真结果表明,该方法对翼伞系统的轨迹规划控制是有效的。     

基于3DSAS的多约束多航迹协同规划与搜索方法

为解决多航迹规划中的避撞与协同问题,提出一种三维环境下的基于稀疏A*的多航迹协同规划方法。该方法设计了一种规划框架,分别在航迹搜索前与搜索过程中考虑多航迹的协同问题。在航迹搜索过程中,不但结合单条航迹原有的约束条件,同时还进行了航迹间的碰撞检测,并且通过航迹的协同违背量等因素来进行启发式搜索。该方法可以有效处理各类约束条件,简化启发因子,从而获得更好的规划性能。     

采掘机器人作业过程的轨迹规划方法

以采掘机器人反铲装置为对象,对其作业过程的轨迹规划进行了研究,提出了基于驱动机构变量空间的轨迹规划方法,在自行设计研制的一个试验样机上进行了验证。与此同时,开发了一个三维动态仿真软件作为检验轨迹规划方法的并行手段。