粒子群優(yōu)化算法的改進(jìn)及其在航跡規(guī)劃中的應(yīng)用研究.pdf

1、無(wú)人飛行器航跡規(guī)劃作為任務(wù)規(guī)劃的重要組成部分，無(wú)論是在軍用還是民用方面都越來(lái)越受到人們的重視，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本論文對(duì)粒子群優(yōu)化算法及其在無(wú)人飛行器航跡規(guī)劃中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。針對(duì)無(wú)人飛行器航跡規(guī)劃的特點(diǎn)，圍繞基于粒子群優(yōu)化算法及其改進(jìn)算法的航跡規(guī)劃方法展開(kāi)了深入的研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：(1)粒子群優(yōu)化算法收斂性分析；(2)基于帶繁殖策略的量子粒子群優(yōu)化算法的航跡規(guī)劃方法研究；(3)基于相位角編碼的量子粒子群優(yōu)化算法的航跡規(guī)劃方法

2、研究；(4)基于差分進(jìn)化量子粒子群優(yōu)化算法的航跡規(guī)劃方法研究。
　　通過(guò)將標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化算法參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)區(qū)域劃分為四個(gè)子區(qū)域，研究了標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化算法在經(jīng)驗(yàn)區(qū)域的各個(gè)子區(qū)域內(nèi)的收斂和發(fā)散行為，分析了系統(tǒng)特征根與算法參數(shù)的關(guān)系，得到了一系列結(jié)論。數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)展示了不同子區(qū)域內(nèi)的算法參數(shù)對(duì)粒子位置和粒子速度運(yùn)動(dòng)軌跡的不同影響，進(jìn)一步驗(yàn)證了所得結(jié)論的正確性。同時(shí)，給出了粒子群優(yōu)化算法參數(shù)的選擇策略，為后面章節(jié)仿真實(shí)驗(yàn)中粒子群優(yōu)化算法參數(shù)的

3、選取提供了理論依據(jù)。
　　針對(duì)粒子群優(yōu)化算法(PSO)存在的早熟收斂問(wèn)題，通過(guò)將種群的繁殖機(jī)制引入量子粒子群優(yōu)化算法(QPSO)，提出了一種帶繁殖機(jī)制的量子粒子群優(yōu)化算法(HQPSO)，并成功地將該算法應(yīng)用于無(wú)人飛行器的三維航跡規(guī)劃。同時(shí)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)比較了HQPSO算法與QPSO算法以及帶動(dòng)態(tài)變化慣性權(quán)系數(shù)的PSO算法的性能。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與基于QPSO算法和基于PSO算法的三維航跡規(guī)劃方法相比，基于HQPS

4、O算法的三維航跡規(guī)劃方法能以更快的收斂速度找到更優(yōu)的航跡，且該方法生成的三維航跡能夠有效地實(shí)現(xiàn)威脅回避和更好地進(jìn)行地形跟隨。
　　通過(guò)對(duì)QPSO算法的編碼方式進(jìn)行改進(jìn)，本文提出了相位角編碼量子粒子群優(yōu)化算法(θ-QPSO算法)。選用了幾個(gè)常用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)對(duì)θ-QPSO算法的性能進(jìn)行了測(cè)試，并將其與GA算法、DE算法、PSO算法、θ-PSO算法和QPSO算法的性能作了比較。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，θ-QPSO算法在選用的標(biāo)準(zhǔn)

5、測(cè)試函數(shù)集上均表現(xiàn)出比其他五種算法更好的性能。此外，本文還將θ-QPSO算法成功地應(yīng)用于無(wú)人飛行器航跡規(guī)劃問(wèn)題。以航跡規(guī)劃這一實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題為背景，在不同戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下比較了θ-QPSO算法和GA算法、DE算法、PSO算法、θ-PSO算法、QPSO算法五種算法的性能。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于θ-QPSO算法航跡規(guī)劃方法比基于其他幾種算法的航跡規(guī)劃方法更好。
　　最后，本文提出了一種DE算法和QPSO算法的混合算法，稱為DEQPSO算法

6、，并將其成功地應(yīng)用于海洋環(huán)境下的無(wú)人飛行器航跡規(guī)劃。為了降低問(wèn)題的復(fù)雜度和提高算法的求解效率，本文提出了一種海洋環(huán)境下的地形預(yù)處理方法。該方法首先提取出島嶼的輪廓，然后用橢圓對(duì)島嶼輪廓進(jìn)行擬合。鑒于傳統(tǒng)的基于采樣的威脅代價(jià)計(jì)算方法非常耗時(shí)且難于確定采樣率，本文提出一種基于航跡段與威脅源位置關(guān)系的威脅代價(jià)計(jì)算方法。在不同的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下(不同的發(fā)射點(diǎn)，不同的目標(biāo)點(diǎn)，不同的雷達(dá)威脅)，DEQPSO算法均顯示出了其高效性和優(yōu)越性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明