題目無人機自主飛行航跡規(guī)劃問題

1、題目無人機自主飛行航跡規(guī)劃問題摘要本文分別研究了基于二維平面和三維空間的最優(yōu)航跡規(guī)劃問題。對于第一問，我們在忽略地形和無人機操作性能等因素影響的基礎(chǔ)上，將影響無人機飛行的“敵方雷達威脅”和“飛行燃油代價”兩個因素進行了量化處理，建立了雷達威脅模型和燃油代價模型，并在這兩個模型的基礎(chǔ)上建立了基于二維平面的最優(yōu)航跡規(guī)劃模型。在求解該模型時，我們依據(jù)圖論中的相關(guān)理論，將二維平面劃分成了若干網(wǎng)格，然后使用Dijkstra算法來求最優(yōu)航跡。對于第

2、二問，我們在第一問的模型的基礎(chǔ)上，同時考慮了地形因素和無人機的操作性能（主要是拐彎），增加了“無人機飛行高度代價”和“無人機操作性能”兩個指標，并對其進行了量化處理。同時，我們對雷達威脅模型進行了適當?shù)暮喕?，建立了一個較復雜的、基于三維空間的最優(yōu)航跡規(guī)劃模型。在求解該模型時，我們將三維空間劃分為若干個小方塊，在“無人機操作性能”作為補充約束條件的基礎(chǔ)上，采用蟻群算法，得到了最優(yōu)航跡。在建立以上兩個模型的基礎(chǔ)上，我們對每個模型的可行性分別

3、進行了分析。由于規(guī)劃的約束條件眾多而且模糊性大、研究的各因素之間的相互聯(lián)系及不同種類無人機的控制方式和任務(wù)情況各異，因而模型存在著一定的缺陷。我們用MATLAB對建立的兩個模型進行了仿真，分別得到了基于二維平面的最優(yōu)航跡和基于三維空間最優(yōu)航跡。此外，我們分析了所建模型的優(yōu)缺點，并對模型的完善進行了進一步的探索。關(guān)鍵詞：最優(yōu)航跡Dijkstra算法蟻群算法MATLAB仿真2一、問題的重述無人機的發(fā)展至今已有70多年的歷史，其軍事應(yīng)用主要是

4、執(zhí)行各種偵察任務(wù)。隨著無人機平臺技術(shù)和機載遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，它的軍事應(yīng)用范圍已經(jīng)得到大大的擴展，并且這種擴展還將持續(xù)下去，如通信中繼、軍事測繪、電子對抗、信息攻擊等。特別是精確制導武器技術(shù)的發(fā)展，又使它成為搭載這種武器的理想平臺。眾所周知，“自主飛行”的能力是無人駕駛飛機所必須具有的。如果要實現(xiàn)無人駕駛飛機的自主飛行那么就要求無人駕駛飛機具有相當程度的飛行航跡規(guī)劃能力。無人機的航跡規(guī)劃是指其為了圓滿完成任務(wù)而作的計劃。它往往指單機在初

5、始位置、終止位置和一些目標任務(wù)結(jié)點確定之后的航跡規(guī)劃問題其基本功能是根據(jù)無人機的性能和飛經(jīng)的地理環(huán)境、威脅環(huán)境等因素對已知的目標規(guī)劃提出滿足要求的航跡以便在實際飛行時可以根據(jù)需要進行實時的局部修改?，F(xiàn)在要討論如下的情況：假定無人機的活動范圍為20km20km的區(qū)域，無人機起點的平面坐標為[12](單位：km)攻擊目標的平面坐標為[1918](單位：km)，同時不考慮無人機起飛和降落時的限制。數(shù)字地圖和敵方威脅情況(主要考慮雷達威脅)可以

6、從附件中查得。數(shù)字地圖可以做適當?shù)暮喕?，比如可以把地形近似分為三種：高地，低地以及過渡地帶。具體問題如下：問題1：忽略地形和無人機操作性能等因素的影響，綜合考慮敵方威脅情況、無人機航程等因素，基于二維平面建立單機單目標的航跡規(guī)劃模型。問題2：把模型擴展到三維空間，并同時考慮無人機的操作性能（主要考慮拐彎）和地形因素。問題3：試討論和分析上述模型的可行性，并做仿真分析。二、問題的分析對于問題一，經(jīng)過分析后我們認為平面是一個連續(xù)的集合，為了

7、便于研究，我們將無人機能夠活動的平面劃分成有限個正方形的網(wǎng)格，這樣就可以把無限的、連續(xù)的研究對象轉(zhuǎn)化為有限的、離散的，便于計算和研究。另外，這樣劃分也可以保證計算結(jié)果的精度。另外，要考慮敵方的威脅（這里主要指雷達威脅），那么就要將雷達的“威脅程度”進行量化。在進行了量化之后，就可以考慮構(gòu)建威脅模型。在上述準備工作完成之后，就要根據(jù)量化的數(shù)據(jù)進行最優(yōu)航跡的求解。因為我們在本問中所建立的模型求解的是最優(yōu)航跡，所以可以使用Dijkstra算法

8、進行求解。問題二要求把模型擴展到三維空間，并同時考慮無人機的操作性能（主要考慮拐彎）和地形因素。經(jīng)過分析我們認為，問題二是在問題一的基礎(chǔ)上把問題拓展到三維空間里綜合考慮雷達威脅因素、地形因素和飛機本身的因素建立一個可以確定飛機最優(yōu)航跡的綜合模型。因此，無人機的航跡規(guī)劃問題可轉(zhuǎn)化為一個帶約束的優(yōu)化問題。如果對規(guī)劃空間進行三維網(wǎng)格劃分，可得到若干節(jié)點從而構(gòu)成一個網(wǎng)格圖，則優(yōu)化問題的搜索空間就轉(zhuǎn)化為一個離散的空間節(jié)點集而問題的求解也可簡單歸結(jié)