【摘要】：隨著無人機自動化和智能化水平的提高,無人機在民用和軍事活動中的應用越來越廣泛。由于無人機飛行環(huán)境與任務的日益復雜,單架無人機有限的飛行與負荷能力很難獨自完成任務,無人機集群協(xié)同作業(yè)則更符合現(xiàn)代化背景下的作業(yè)要求,而實現(xiàn)無人機集群協(xié)同作業(yè)的關鍵是解決集群內的避讓問題。針對上述問題,本文提出基于節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的無人機集群限定區(qū)域內自主飛行避讓策略,并展開了相關的節(jié)能性路徑規(guī)劃、二維及三維限定區(qū)域內無人機集群避讓策略的制定及模擬實現(xiàn)等工作。本文主要研究內容如下:(1)針對多約束條件下的無人機路徑規(guī)劃及避障問題,提出一種基于改進人工勢場法的節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法。該算法利用環(huán)境信息生成預規(guī)劃路徑從而增加路徑的連貫性,并在代價函數(shù)中新加入能耗這一因素,使得算法所得路徑均是在保證無人機安全性和物理約束情況下的最節(jié)能路徑。模擬結果表明該算法克服了傳統(tǒng)人工勢場法的不足,在不同的飛行環(huán)境下均能夠規(guī)劃出安全、平滑、節(jié)能的路徑,有效避開障礙物,并且具有較好的適應性。(2)提出了基于節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的避讓策略,并與基于二次決策的避讓策略進行二維限定區(qū)域內無序飛行的模擬對比�；诙螞Q策的避讓策略綜合了右側策略和按區(qū)域制定的避讓策略,有效降低了無人機在區(qū)域邊界處的碰撞概率�；诠�(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的避讓策略通過綜合調節(jié)目標點選擇距離L、安全調節(jié)因子ωsaf、平滑調節(jié)因子ωsmo及節(jié)能調節(jié)因子ωene,可在增加較少機動能耗的情況下有效降低碰撞概率。通過仿真對比可知,基于節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的避讓策略在碰撞概率減少率和策略運算時間等方面均優(yōu)于基于二次決策的避讓策略。(3)針對三維限定區(qū)域內無人機集群自主飛行避讓問題,提出基于節(jié)能性路徑規(guī)劃避障算法的三維避讓策略。該三維避讓策略在追求低碰撞率的同時考慮集群的整體能耗,通過調節(jié)策略參數(shù)可調整集群的碰撞概率與整體能耗,從而找出集群碰撞概率與整體能耗均較優(yōu)的平衡點。仿真結果表明,與無避讓策略時相比,該避讓策略通過增加約14.73%的機動能耗可減少集群內約9.21%的碰撞沖突和約80.29%的碰撞。
【圖文】：

邐（ｂ）概率圖法邐（ｃ）人工勢場法逡逑圖１．１路徑規(guī)劃算法的航跡圖逡逑１．２．１．２編隊控制逡逑為了彌補單架無人機執(zhí)行任務時的不足，提高無人機的任務完成效率，無人機的編隊控逡逑制越來越受到國外學者的重視。２０１１年，，Ｌｏｗ等人提出了一種靈活的虛擬結構（Ｖ－Ｓ）編隊控逡逑制方案，該方案采用彈性虛擬結構是的無人機編隊在轉彎時更加平穩(wěn)，路徑更為平滑［２４］。２０１２逡逑２逡逑

（ａ）邋“Ｘ”邋型邐（ｂ）邋“十”型逡逑圖２．邋１無人機簡化的機械結構逡逑機是依靠四個電機驅動旋翼的轉動提供動力來實現(xiàn)各種飛同，相鄰的旋翼旋轉方向相反，這樣的安裝方式使得機
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V279;TP301.6

【參考文獻】

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本文編號：2653133