無人機路徑規(guī)劃算法研究.pdf

1、本文研究了無人機路徑規(guī)劃算法，設(shè)計并實現(xiàn)了無人機智能飛行類庫。首先，將路徑規(guī)劃問題分解為兩個層次，全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。在全局大尺度路徑規(guī)劃中，作者將威脅因素等效為概率密度函數(shù)，并且結(jié)合地形高度信息，歸結(jié)出多目標(biāo)模糊滿意度函數(shù)，進而利用遺傳算法求解此優(yōu)化問題，以達到利用地形因素(如山脈)規(guī)避威脅的目的。在遺傳算子的設(shè)計中，作者采用相對距離一轉(zhuǎn)角的編碼方式，自然地將無人機最大轉(zhuǎn)角和最短直線飛行距離約束引入了設(shè)計變量，進而根據(jù)多目標(biāo)模

2、糊滿意度構(gòu)造了適應(yīng)度函數(shù)，并采用“輪盤轉(zhuǎn)”選擇、兩點交叉和高斯變異策略進化種群，優(yōu)化計算結(jié)果穩(wěn)定。特別地，為了提高計算效率，采取了一系列改進方法：兩分法鄰近點定位，地形高度等參元插值，線積分分布式累加以及多線程個體適應(yīng)度計算。在局部路徑規(guī)劃中，進行了更加嚴(yán)格的避障判斷，為了進一步提高計算效率達到規(guī)劃路徑實時輸出的目的，采用了線性規(guī)劃建模，進而編寫了從數(shù)學(xué)模型到核心算法庫的“翻譯”腳本，初步實現(xiàn)了利用開源線性規(guī)劃程序CPLEX，GLPSO

3、L進行遠(yuǎn)程實時求解計算，以及與客戶端軟件(如MATLAB)集成進行可視化的方法。
　　此外，作者專門設(shè)計了無人機智能飛行類庫。它包括路徑規(guī)劃、動力學(xué)模型以及地理信息數(shù)據(jù)庫。目的在于增強無人機路徑規(guī)劃，導(dǎo)航以及可視化能力。從實際應(yīng)用角度出發(fā)，作者對運算魯棒性做出許多改進：如判斷路徑規(guī)劃點問的可見性，規(guī)避障礙，生成光滑航跡等，消除了除法對精度的影響；用C語言編寫了無人機動力學(xué)函數(shù)，此函數(shù)以推力、升降舵、副翼和尾舵偏轉(zhuǎn)，以及12個位置、

4、速度、歐拉角和角速度自由變量為輸入，并保留了氣動力接口，以12個自由變量的導(dǎo)數(shù)為輸出，方便了動力學(xué)仿真；為了輔助無人機在飛行過程中實時獲取周邊威脅、目標(biāo)、機場信息等，作者基于全球可擴展數(shù)據(jù)庫(App Engine)設(shè)計并建立了無人機地理信息輔助類，利用Map API實現(xiàn)了本地經(jīng)緯定位，并且改進了區(qū)域框搜索方法，實現(xiàn)了僅用一次等式過濾條件查詢并返回鄰近地理區(qū)域框內(nèi)所有實體的算法，這對于在基于BigTable架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫上檢索數(shù)據(jù)是必要的，