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航迹规划遗传模拟退火算法研究

作　者: 范林玉
导　师: 石为人
学　校: 重庆大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 航迹规划低空突防地形跟随威胁回避遗传算法模拟退火
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 214次
引　用: 3次
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内容摘要

现代战争中,无人机、巡航导弹的低空、超低空突防与防御已成为攻防双方争夺的重点。低空飞行器飞行任务规划的主要内容就是为飞行器选择一条生存和作战效能最佳的飞行航线:航线必须满足地形跟随、威胁回避等各种导航要求,使低空飞行器具有较高的战场生存能力和打击精度。航迹规划是飞行任务规划的重要组成部分,对行就规划算法进行研究具有重要的理论和实用价值。遗传算法是一种有效的解决复杂问题的方法。遗传算法的最大特点是其并行性和全局寻优性,特别适用于航迹规划这类多目标规划问题的求解。但是其存在一个明显的缺点就是初始阶段收敛速度较快,当接近最优解的时候搜索速度明显变慢,且容易陷入局部最优。基于以上原因,近年来产生了多种改进的基于遗传算法的三维的航路规划方法,但是在规划环境表示,约束条件处理,航路的生成和计算性能方面都各有不同。本文对几种基本的航迹规划算法进行了比较,通过把地形高程数据和各种威胁以及飞行器性能约束相结合建立起约束条件模型,针对低空飞行器三维航迹规划问题提出了一种将遗传算法和模拟退火相结合的方法。根据飞行器机动性能和低空突防的特点,设计了有效的遗传算子,并使用模拟退火算法能较好的接近全局最优解的优点,抑制了遗传算法的早熟现象,规划出了一条整体代价最小的航迹。本文最后根据此改进的遗传算法采用真实的数字高程模型数据进行了仿真,结果表明该算法具有良好的适应性,能满足地形跟随——威胁回避的突防要求。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-10
  1.2 低空飞行器  10-13
    1.2.1 无人机的作用及特点  11
    1.2.2 巡航导弹的作用及特点  11-13
  1.3 航迹规划  13-14
    1.3.1 航迹规划的概念  13-14
    1.3.2 航迹规划的意义  14
  1.4 航迹规划的研究现状  14-15
  1.5 本文主要研究内容  15-18
2 航迹规划关键技术  18-36
  2.1 地形和敌情信息的获取和处理  18-32
    2.1.1 空间模型的建立  19-29
    2.1.2 航迹的表达方式  29-30
    2.1.3 航迹约束条件  30-32
  2.2 航迹评价体系模型  32-33
    2.2.1 航迹性能指标函数  32-33
    2.2.2 代价函数的归一化  33
  2.3 航迹规划算法  33-34
  2.4 本章小结  34-36
3 航迹规划算法  36-62
  3.1 启发式A*搜索算法  36-40
    3.1.1 稀疏A*航迹扩展算法  37
    3.1.2 算法描述  37-40
  3.2 蚁群算法的航迹规划算法  40-43
    3.2.1 基本的蚁群算法  40-41
    3.2.2 基于蚁群算法的航迹规划  41-43
  3.3 基本遗传算法的航迹规划  43-55
    3.3.1 遗传算法的基本思想  43-44
    3.3.2 遗传算法的特点  44-45
    3.3.3 遗传算法原理  45-51
    3.3.4 基于遗传算法的航迹规划方法  51-55
  3.4 模拟退火算法的航迹规划  55-58
    3.4.1 模拟退火算法的基本思想  56
    3.4.2 基本模拟退火算法描述  56-57
    3.4.3 模拟退火算法的航迹规划  57-58
  3.5 航迹规划算法比较  58-59
  3.6 本章小结  59-62
4 遗传模拟退火航迹规划算法  62-74
  4.1 地形和威胁数据的预处理  62-63
    4.1.1 DEM 数据的读取和存储  62
    4.1.2 威胁区域建模  62-63
  4.2 适应度函数的建立和归一化处理  63-64
    4.2.1 适应度函数的建立  63-64
    4.2.2 归一化处理  64
  4.3 编码和进化算子的设计  64-66
    4.3.1 个体的编码  64-65
    4.3.2 进化算子的设计  65-66
  4.4 遗传—模拟退火算法原理  66-67
  4.5 算法描述  67-68
  4.6 算法实现以及结果分析  68-72
    4.6.1 初始化和参数的确定  68-70
    4.6.2 结果分析  70-72
  4.7 本章小结  72-74
5 总结与展望  74-76
致谢  76-78
参考文献  78-82
附录  82-90
  A.部分程序代码  82-90
  B 攻读学位期间发表的论文  90
  C 学习期间参加的项目工作  90

航迹规划遗传模拟退火算法研究

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