固定翼無(wú)人機(jī)任務(wù)航跡規(guī)劃及優(yōu)化方法研究.pdf

1、航跡規(guī)劃在無(wú)人機(jī)的任務(wù)飛行中具有非常重要的作用，它關(guān)系著無(wú)人機(jī)的飛行任務(wù)能否圓滿完成。目前采用的手工設(shè)計(jì)航跡的方法，耗時(shí)長(zhǎng)、無(wú)可復(fù)用性，并且得到的航跡精度較低，隨著飛行任務(wù)復(fù)雜性的增加已經(jīng)不能夠滿足任務(wù)規(guī)劃的需要。本文針對(duì)項(xiàng)目中目前航跡規(guī)劃方法的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了不同任務(wù)場(chǎng)景下的自動(dòng)航跡規(guī)劃方法。并且在生成初始航跡的基礎(chǔ)上，對(duì)爬升過(guò)程的局部航跡的優(yōu)化方法進(jìn)行了研究。
　　針對(duì)以上所述目的，本文的主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)包括:
　　首先，

2、結(jié)合無(wú)人機(jī)的相關(guān)特性和測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)大氣模型、氣動(dòng)力模型、發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和油耗模型以及無(wú)人機(jī)飛行包線進(jìn)行了分析和建模。并根據(jù)無(wú)人機(jī)的受力情況和六自由度動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
　　接下來(lái)，針對(duì)兩種任務(wù)場(chǎng)景分別提出了對(duì)應(yīng)的航跡規(guī)劃方法。首先結(jié)合無(wú)人機(jī)的任務(wù)要求和運(yùn)動(dòng)性能，建立了無(wú)人機(jī)的基本飛行動(dòng)作庫(kù)。隨后針對(duì)低空飛行條件下的障礙約束和航點(diǎn)約束，設(shè)計(jì)了基于遺傳算法和Dubins曲線的最短路徑生成方法，并采用切線法

3、對(duì)障礙進(jìn)行回避。針對(duì)高空飛行時(shí)的空域邊界約束和飛行任務(wù)約束，設(shè)計(jì)了基于過(guò)渡航點(diǎn)的飛行動(dòng)作庫(kù)調(diào)用規(guī)則，并使用航跡樹(shù)動(dòng)態(tài)搜索的方法，對(duì)航跡進(jìn)行全局尋優(yōu)。仿真結(jié)果表明，所規(guī)劃的航跡能夠很大程度地提升航跡規(guī)劃的效率，并減小飛行代價(jià)。
　　最后，為了提升無(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)性能和完成任務(wù)的能力，進(jìn)一步對(duì)爬升段進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化。通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)和爬升過(guò)程的分析，建立了無(wú)人機(jī)爬升軌跡的最優(yōu)化問(wèn)題模型。并通過(guò)對(duì)比幾種常用的軌跡優(yōu)化算法的效果，說(shuō)明了本文所