关于无人机飞行航迹跟踪优化控制研究北大核心CSCD

研究无人机任务规划中的飞行航迹跟踪优化控制。为克服传统航迹规划算法仅使用航迹关键点难以满足无人机执行任务对航迹跟踪的要求,提出了一种用C^2样条算法融合的无人机三维航迹跟踪优化控制方法,解决了不同航段中无人机的可飞性、边界限制、过载限制等约束。首先针对巡航段航迹采用融合算法中的3D样条优化生成具有时效性的光滑航迹曲线。然后针对任务段航迹采用融合算法中的4D样条优化进一步生成能控制航迹关键点速度的航迹曲线,完成整条航迹的跟踪优化。仿真结果表明,关于C^2样条算法融合的无人机三维航迹优化方法能有效地优化出无人机的实际飞行轨迹,有助于无人机的航迹跟踪控制。能够满足任务规划中无人机对航迹跟踪优化控制的高精度要求,为任务执行提供良好航迹条件。     

基于集成约束无人机两步制航迹规划方法

无人机航迹规划是一个富含地形威胁、雷达威胁和自身可飞性等多约束的优化问题.采用两步制的规划框架,提出一种基于集成约束的无人机航迹规划方法.规划第1阶段采用基于多种群策略的差分进化优化方法,规划第2阶段采用海洋捕食者算法的Lévy运动优化;集成约束机制在搜索过程中动态更新约束策略来补偿可行解数量骤减,抑制搜索停滞.与典型算法和约束处理策略进行对比,实验结果表明,所提出无人机航迹规划方法收敛性好、稳定性强,能够有效地求解复杂多约束无人机航迹规划问题.     

基于改进粒子群算法的UAV航迹规划方法

结合当前无人机集群发展趋势,针对航迹规划算法和策略问题开展研究,在分析经典粒子群算法和传统航迹规划方法基础上,提出了一种基于改进粒子群算法的航迹规划方法,将无人机航迹规划分为整体航迹规划和节点间航迹规划两部分,针对两部分对于搜索速度和解的精度的不同需求,结合环境模型及约束条件,分别设计粒子群航迹规划算法的评价函数;对于节点间粒子群航迹规划,通过设计分段式惯性权重调整公式改进粒子群算法,在保证了算法的搜索速度的同时,提高了航迹规划解的精度。通过仿真验证了该方法的正确性和可行性,横向对比其他算法策略分析了该方法的优越性。最后在算法自主实时性方向上对于后续的工作开展提出了期望。     

基于APSODE-MS算法的无人机航迹规划

无人机航迹规划是指在环境威胁与自身约束条件下,规划一条安全可行的航迹,是实现无人机自主化飞行的关键技术之一.为实现无人机在不同城市环境下能够快速规划一条安全可靠的航迹,提出一种基于自适应粒子群差分进化-最小捕捉(APSODE-MS)算法的无人机航迹规划方法.首先,建立城市环境航迹规划数学模型,以航程距离、威胁约束、违背约束代价3者的加权和作为目标函数;其次,在PSO算法中引入自适应非线性惯性权重,根据粒子偏离全局最优解的程度分配不同的搜索模式,结合动态差分进化(DE)算法加快粒子的收敛速度,引入改进的正态扰动提高跳出停滞与早熟现象的能力;最后,筛选关键航迹点,并采用最小捕捉轨迹(MS)算法对航迹进行光滑处理.仿真结果表明,所提出的APSODE-MS航迹规划方法能够在不同城市仿真环境下较好地完成规划任务,并能获得更优的航路,从而验证算法的有效性和鲁棒性.     

无人机三维实时航迹规划

无人机航迹规划是无人机任务规划中最重要也是最复杂的环节,针对基本粒子群航迹规划算法后期容易陷入局部最优解、算法容易“早熟”、规划出的航迹精度不高等问题,提出了一种以并行方式进行的双种群粒子群航迹规划算法;双种群粒子群算法由两个向相反方向搜索的种群构成,这两个种群协同优化,扩展了搜索范围,克服了基本粒子群算法后期容易陷入局部最优解的问题,提高了航迹的精度;如果无人机在飞行过程中检测到突发威胁,则寻找邻近航迹点作为实时重规划点,规划其到目标点的航迹;通过仿真验证了算法的有效性,并满足了实时性的要求。     

基于Voronoi图和动态自适应蚁群算法的UAV航迹规划

以UAV航迹规划为应用背景,提出了一种基于Voronoi图和动态自适应蚁群算法的航迹规划方法;为了提高航迹规划问题最优解的质量及全局求解能力,克服传统蚁群算法收敛速度慢、容易陷入局部最优等缺点,提出了一种动态自适应蚁群算法;采用动态自适应航迹点选择策略并将信息素更新规则和挥发系数进行动态自适应调整变化来对蚁群算法进行了改进,提高了算法的求解效率;根据战场已知威胁源生成Voronoi加权图,并与所提的动态自适应蚁群算法相结合求解规划空间中的最优航迹;考虑到UAV的物理约束限制,对生成的可行航迹进行平滑优化;仿真结果表明,该方法能够为UAV规划出一条满足要求的可飞航迹,验证了所提方法在解决航迹规划问题时是可行、有效的;     

基于MB-RRT*的无人机航迹规划算法研究

随着小型无人机的广泛应用,提高无人机的自动巡航能力变得至关重要。无人机航迹规划是指其在已知环境地图信息下展开航迹规划,实现无碰撞的、平滑的、从初始点到达目标点的路径。针对现有算法依然存在收敛速度慢、内存消耗大、航迹规划固定步长和航迹平滑度无法满足实际无人机飞行等问题,提出了MB-RRT*(Modified B-RRT*)算法,通过懒惰采样方法加快算法收敛速度并减少内存占用;设计自适应步长来解决算法在障碍物附近生长树的局限性问题,从而提高了找到初始可行解的速度和质量;然后利用降采样和3次贝塞尔插值算法实现了曲线拟合的功能,使算法最终生成相对平滑的航迹,为无人机实际飞行提供可行的航迹规划方法。最后在多组不同环境复杂度的实验中,通过与其他算法相比较,验证了所提算法的有效性。     

基于改进A*算法的无人机航迹规划

在无人机航迹规划问题的研究中,针对在执行飞行任务前,需要根据所经区域内已知的地形、地貌、障碍和威胁等信息以及飞机本身机动能力的限制计算出飞行航迹, 并根据规划出的航迹完成飞行任务.能准确识别起始点到目标航路,提出了一种基于改进A*算法的无人机航迹规划方法,将无人机自身的性能和飞行任务结合到A*算法中去,在节点的搜索过程中解决了A*算法大空间搜索耗时多的问题.通过简单的路径消减算法去除不必要的航迹点,使得规划出来的航迹能够最大程度上满足无人机的运动特性.仿真结果表明采用的方法计算速度快并且规划达到最优性能.     

基于粒子群优化算法的无人机航迹规划

提出一种基于粒子群优化算法的无人机航迹规划方法,利用粒子群优化算法,在等效数字地图中实现单个目标点的无人机航迹规划,并对算法性能进行仔细分析,仿真结果表明,该方法能够快速有效地完成航迹规划任务．得到满意的三维航迹。     

基于粒子群优化算法的无人机航迹规划

提出一种基于粒子群优化算法的无人机航迹规划方法,利用粒子群优化算法,在等效数字地图中实现单个目标点的无人机航迹规划,并对算法性能进行仔细分析,仿真结果表明,该方法能够快速有效地完成航迹规划任务,得到满意的三维航迹。     

复杂环境下无人机快速航迹规划研究

针对一般航迹规划算法在复杂环境下适用性差、耗时长、容易失效的问题,提出了一种复合快速航迹生成算法。该算法采用新型的多逻辑威胁值网点法为环境建模形式,在此基础上将加以改进后的粒子群算法引入到航迹近似最优解的快速求取过程中,对所得的航迹近似解进行分段局部优化以及可飞性修正处理,将近似解变为最优解。仿真结果显示该复合算法通用性好、速度快、精度高,能较好地应用于复杂环境下无人机航迹的快速求解。     

无人机三维航迹规划方法研究

航迹规划算法是无人机关键技术之一,同时也是任务规划系统（Mission Planning System）核心之一。针对固定目标规划问题,提出一种voronoi图改进算法和动态稀疏A*算法融合的三维航迹规划方法。该方法针对固定威胁目标,通过改进voronoi图规划算法快速求解二维航迹路径,然后在该路径参考下,用动态稀疏A*算法求解符合无人机飞行动力学约束的三维航迹。试验表明,该算法比动态稀疏A*算法规划速度快,并保证了航迹最优性。     

基于循环寻优RRT算法的无人机航迹规划

针对快速扩展随机树（RRT）算法在无人机在线自主航迹规划中的寻优性问题,提出基于循环寻优RRT算法。将航迹长度代价约束作为启发条件引入RRT算法,可以有效地剪除搜索空间的无用节点,获得较优航迹。通过引入已规划可行航迹的航迹长度代价约束作为下一次算法运行的启发条件,采用循环迭代策略有效地剪除搜索空间的无用节点,使得算法每次运行后的航迹长度代价减小,多次运行后最终得到的航迹接近最优航迹,充分利用航迹长度代价的启发性,克服了RRT算法的缺点,同时获得了一系列不同航迹代价的可行备选航迹,在协同任务中可以根据协同到达时间进行快速选择。仿真结果表明该算法能够快速生成安全并且满足无人机动力学约束的较优航迹。     

基于改进人工势场法的无人机路径规划算法

针对传统的人工势场(APF)法无法适应复杂环境而陷入局部停滞状态、路径不够平滑等不足,提出了改进的人工势场法。首先,该算法对威胁的连通性进行分析,借鉴几何拓扑学思想得到可行解域。其次,该算法在可行解域内进行航迹点预规划。预规划基于威胁分布的全局性信息,弥补人工势场法易陷入局部最小而无法找到可行路径的不足。最后,该算法改进人工势场法引力函数,通过多次迭代,并进行曲率检查以获得足够平滑的可飞路径。仿真结果表明改进算法能够满足无人机路径规划的要求,且简便可行,具有较强寻优能力及适应性。     

基于改进A~*算法的灾后井下无人机航迹规划

针对传统A~*算法应用在煤矿灾后井下环境侦测的无人机航迹规划中存在搜索点冗余、遇到突发威胁时实时性较差等问题,提出了一种逆向变权重稀疏A~*算法。根据无人机自身性能约束及灾后井下威胁模型,从目标点到起始点进行全局静态航迹规划,避免大量无效搜索;根据无人机执行任务的需要设置不同权重系数,得到侧重航程或安全的航迹;通过引入次目标点策略,仅对被突发威胁覆盖的航迹进行修正,可在短时间内有效避开突发威胁。仿真结果表明,利用该算法进行航迹规划用时较短,无人机受到的威胁较小,可有效保障航迹规划的实时性和安全性。     

基于动态规划的无人机航路优化问题研究

无人机航路规划往往指无人机在初始位置、终止位置和一些目标任务结点确定之后的航迹优化问题;在无人机飞行任务执行过程中,无人机需要在参考飞行航线的约束下,根据局部地形、地貌、障碍、威胁等信息以及飞机本身机动能力的限制,实时的计算出飞行航路,并跟随该航迹完成飞行任务;在利用Dynapath(动态路径)算法进行参考航线优化的过程中,考虑了飞机机动性能的限制;在此基础上,详细讨论了参考航线由多航段组成时航路点的处理方法并进行了计算机仿真,仿真结果表明该方法可以比较理想地进行航路点的处理,得到比较良好的最优航迹。     

无人机三维航路动态规划及导引控制研究

为研究无人机三维航路动态规划,提出了一种工程实用性强的A*三维航路优化算法,将无人机的机动性能、飞行航程、飞行高度等约束条件有效分割到解空间。为了加快搜索速度,引入启发式权重系数对搜索策略进行改进,利用加权值自适应方法对算法的评价函数进行设计,提高航迹点搜索效率,并设计了导引控制律,基于优化算法获取的航路,能够使无人机很好地跟随规划的最优路径,同时生成的期望控制指令充分考虑了无人机本身的机动性能以及实时性要求,解决了航迹规划与航迹跟踪之间的问题,最后进行了仿真验证,结果表明,该方法是可行和有效的,有着较高的优化效率;易于实现,工程实用性强。     

基于航迹可飞性改善的A*算法

针对利用传统A*算法规划航迹时可飞性不好的问题,提出了一种可改善航迹可飞性的改进A*算法。在算法中采用逆序A*算法,获得代价最小的初始航迹,结合迭代算法对影响航迹可飞性的航点进行处理,保证了航迹的可飞性最优。通过模拟飞机CGF的飞行环境,进行两次航迹规划试验,其结果表明该方法在改善航迹可飞性方面具有良好效果。     

基于EB-RRT*的无人机航迹规划算法研究

随着小型无人机的广泛应用,无人机的自动巡航能力变得至关重要。无人机航迹规划,是指其在已知环境地图信息下展开航迹规划以实现无碰撞地、平滑地从初始点到达目标点。针对现有算法依然存在收敛速度慢、遍历时间长和航迹曲线化无法满足实际无人机飞行条件等问题,首先提出了EB-RRT*(Efficient B-RRT*)算法,设计自适应避障提高算法收敛速度并减少内存占用;然后采用栅格分区的方法缩短附近节点的遍历时间;最后利用合理的降采样和三次贝塞尔插值算法对折点进行光滑化的处理,使算法最终生成相对平滑的航迹,为无人机实际飞行提供可行航迹规划方法。进行了多组不同环境复杂度的实验,并将该算法与其他算法进行对比,结果验证了所提算法的有效性。     

无人机三维航迹规划算法研究

在模拟仿真出无人机三维飞行环境的基础上,根据航迹规划的要求,建立对应数学模型,并采用蚁群算法进行优化仿真.针对基本蚁群算法存在的搜索时间长、容易陷入局部最优解等缺点,将蚂蚁当前位置与目标位置的距离信息反馈到系统中作为航迹规划的控制信息,同时对航迹节点的选择方法进行改进,以提高算法的效率.仿真实例结果表明,该算法可以规划出满足无人机飞行要求的航迹.