無人機(jī)快速三維航跡規(guī)劃算法的研究.pdf

1、近幾年，國內(nèi)無人機(jī)發(fā)展迅速，無人機(jī)以其成本低廉，生存能力強(qiáng)、使用方便和無人員傷亡等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，而要實(shí)現(xiàn)自主飛行，航跡規(guī)劃算法扮演著舉足輕重的作用。本文主要對航跡規(guī)劃算法進(jìn)行了研究，旨在提高無人機(jī)飛行的生存能力和執(zhí)行任務(wù)能力。
　　在空間地形建模方面，本文選擇了一種通過對初始數(shù)據(jù)插值的方法構(gòu)建三維地形，采用這種方法能夠有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，更好地滿足實(shí)時性需求，且在實(shí)際應(yīng)用中，更具有實(shí)際應(yīng)用價值。另外，本文對目前比較成熟的航

2、跡規(guī)劃算法進(jìn)行分類介紹，分別從優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍等方面對這些算法進(jìn)行了分析，為后文所選用的算法做了準(zhǔn)備工作。
　　在航跡約束問題上，本文就無人機(jī)飛行的自身約束和空間環(huán)境不可避免的威脅問題進(jìn)行了分析，對無人機(jī)飛行必須考慮的飛行高度、俯仰角、最大航程等約束條件建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，接著對無人機(jī)飛行環(huán)境中常出現(xiàn)的威脅進(jìn)行了介紹，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。
　　航跡規(guī)劃主要分為靜態(tài)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃兩方面，在靜態(tài)規(guī)劃方面本文選擇了具有全局最

3、優(yōu)特點(diǎn)的稀疏A*算法，也稱為SAS算法。這個算法將約束條件融入航跡規(guī)劃中，減少了無用節(jié)點(diǎn)搜索數(shù)目。在動態(tài)航跡規(guī)劃方面，本文采用了分層策略的方法進(jìn)行規(guī)劃。首先在改進(jìn)的人工勢場算法中引入啟發(fā)函數(shù)進(jìn)行預(yù)規(guī)劃，然后計(jì)算各個航跡點(diǎn)的曲率，取其峰值點(diǎn)作為引導(dǎo)點(diǎn)，最后，根據(jù)引導(dǎo)點(diǎn)采用SAS算法分段規(guī)劃。這樣既能避免航跡的隨機(jī)性，能夠在航跡距離上貼近最優(yōu)航跡，又能節(jié)省算法航跡搜索的時間。
　　本文針對各種規(guī)劃算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分層策略