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基于改进启发式算法的无人机航路规划

作　者: 张琪
导　师: 邵振海
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无人机航路规划数字地图威胁模型虚拟地形启发式A~*算法
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 1次
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内容摘要

目前,无人机技术日益成为军事和民用领域的热点。无人机航路规划问题是无人机技术的重要组成环节。本文针对此问题进行了研究。提出了使用虚拟地形的方法,把无人机航路规划空间从三维转化到二维曲面上,然后使用启发式A*算法进行航路规划,计算出了无人机的规划航路。进行航路规划的前提条件是建立无人机航路规划模型。该模型是基于数字地图模型建立的,包括地形模型、无人机模型、威胁模型三个部分。本文讨论了数字地图的插值、平滑等相关技术。地形模型数据直接来自真实测量的DEM(数字高程模型)数据,无人机模型采用简单动力学模型,代表了飞行器本身的限制。威胁模型则重点讨论了雷达威胁的情况。基于航路规划分层的思想。航路规划采用Voronoi图划分的方法在二维区域针对威胁进行了初步划分,采用最短路径算法计算了最优航路,由于生成航路并不满足飞行器的可飞条件,因此后继采用B样条曲线对航迹进行了平滑处理。随后在三维空间进行无人机航路规划。由于三维空间的信息巨大,会导致算法效率的降低。本文使用虚拟地形方法,把威胁模型和约束条件融合到数字地图信息里,大大降低了算法需要处理的信息量。然后采用基于图搜索的A*算法进行规划,该算法具有变步长、代价可按权重分配的特点。给出了仿真结果和分析,仿真结果证明了该算法的可行性。本文最后根据目前的研究体会提出了航路规划问题的改进方案。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-20
  1.1 无人机的发展史及现状和趋势  11-14
    1.1.1 发展过程及现状  11-13
    1.1.2 无人机的发展趋势  13-14
  1.2 无人机航路规划技术  14-18
    1.2.1 航路规划的意义  14-17
    1.2.2 航路规划的发展现状和趋势  17-18
  1.3 本文的主要内容  18-20
第二章航路规划模型  20-41
  2.1 数字地图技术  20-29
    2.1.1 数字地图技术概述  20-21
    2.1.2 数字高程模型  21
    2.1.3 数字地图的插值  21-29
  2.2 无人机模型  29-32
    2.2.1 坐标系统和无人机运动参数  29-30
    2.2.2 无人机的动力学模型  30-31
    2.2.3 无人机的性能指标约束  31-32
  2.3 地形模型的建立  32-37
    2.3.1 地形信息的模拟产生方法  32
    2.3.2 利用USGS DEM建立地形模型  32-35
    2.3.3 数字地图的平滑处理  35-37
  2.4 威胁信息模型  37-40
    2.4.1 地形威胁  37
    2.4.2 雷达威胁  37-40
  2.5 本章小结  40-41
第三章无人机参考航路规划  41-49
  3.1 航路规划分层的意义  41-42
  3.2 威胁环境的Voronoi图划分  42-45
    3.2.1 Voronoi图  42
    3.2.2 用Voronoi图对威胁环境进行划分  42-45
  3.3 最优参考航路计算  45-46
  3.4 航路平滑处理  46-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章基于改进启发式算法的无人机航路规划  49-70
  4.1 启发式A*算法  49-52
  4.2 航路规划空间  52-55
    4.2.1 离散化  52-53
    4.2.2 无人机动力学方程  53-54
    4.2.3 虚拟地形法—三维空间的二维处理  54-55
  4.3 改进启发式A*算法航路规划  55-66
    4.3.1 搜索步长和搜索空间  55-56
    4.3.2 代价函数组成  56-57
    4.3.3 程序说明  57-59
    4.3.4 算法仿真  59-64
    4.3.5 算法分析  64-66
  4.4 算法的继续改进  66-69
    4.4.1 搜索窗口的动态变化  66-67
    4.4.2 代价权重系数的动态变化  67-68
    4.4.3 改进总结  68-69
  4.5 本章小结  69-70
第五章总结和展望  70-72
  5.1 本文总结  70-71
  5.2 问题展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
攻硕期间取得的研究成果  76-77

基于改进启发式算法的无人机航路规划

内容摘要

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