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小型无人机路径规划算法与地面控制站软件的开发

作　者: 章国林
导　师: 李平
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 小型无人机 路径规划 地面控制站
分类号: V279
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文以小型无人机应用于战术侦察和飞控系统研究为背景,研究了无人机的路径规划算法和地面站软件的设计与实现。在分析现有无人机的路径规划算法的基础上,提出了新的路径规划算法。通过集成现有的软件工程技术,设计并开发了地面站软件。本文的主要工作和贡献如下：(1)针对具有多个不同探测能力的雷达组成的威胁环境,提出了一种无人机被至少一个雷达探测到的瞬时概率的计算方法；(2)改进了两种基于路径图的路径规划算法并应用于雷达威胁环境下的无人机路径规划问题的求解,在此基础上提出了一种基于视线的路径优化方法,在几乎不改变路径的威胁成本和几乎不增加计算时间的基础上降低了路径的燃油成本(本文中的燃油成本以路径长度表示,威胁成本以无人机被至少一个雷达探测到的瞬时概率在路径上的积分表示)；(3)提出了将蚁群算法与Voronoi图相结合的路径规划算法,并应用于雷达威胁环境下的无人机路径规划问题的求解,在几乎不降低蚁群算法所得路径的性能指标的基础上,降低了蚁群算法的计算时间；(4)设计并完成了小型无人机地面站软件,实现了串口通信、数据库访问、图形化仪表显示、航迹规划与管理,以及数据分析等功能。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 研究背景  10-14
    1.1.1 无人机概况  10-12
    1.1.2 小型无人机的特殊性  12-14
  1.2 无人机路径规划的研究现状  14-17
    1.2.1 基于路径图的路径规划的研究现状  14-15
    1.2.2 基于人工势场的路径规划的研究现状  15-16
    1.2.3 基于单元分解的路径规划的研究现状  16-17
  1.3 无人机地面站的研究现状  17-19
  1.4 本文的研究内容和章节安排  19-22
    1.4.1 本文的研究内容  19
    1.4.2 本文的章节安排  19-22
第2章 雷达威胁环境下的无人机路径规划问题描述  22-30
  2.1 无人机在威胁环境下的生存力计算  22
  2.2 威胁模型的建立  22-26
    2.2.1 单雷达的瞬时探测概率模型  23-25
    2.2.2 多雷达瞬时探测概率模型  25-26
  2.3 无人机路径规划问题的数学表达  26-28
    2.3.1 环境栅格化  26-27
    2.3.2 优化命题  27-28
  2.4 小结  28-30
第3章 基于路径图的无人机路径规划  30-42
  3.1 主要路径图在无人机路径规划中的适用性分析  30-33
    3.1.1 基于Voronoi图的无人机路径规划  30-31
    3.1.2 基于可视线的无人机路径规划  31-32
    3.1.3 基于随机路径图的无人机路径规划  32-33
  3.2 主要路径图在求解无人机路径规划问题中的应用  33-37
    3.2.1 Voronoi图在无人机路径规划中的应用  33-35
    3.2.2 随机路径图在无人机路径规划中的应用  35-37
  3.3 基于视线的路径优化  37-39
  3.4 小结  39-42
第4章 基于蚁群算法的无人机路径规划  42-52
  4.1 蚁群算法概述  42-43
  4.2 基于蚁群算法的无人机路径规划  43-48
    4.2.1 蚁群算法在机器人避障问题的路径规划中的应用  43-45
    4.2.2 改进蚁群算法在无入机路径规划中的应用  45-48
    4.2.3 仿真结果  48
  4.3 蚁群算法与Voronoi图结合的无人机路径规划  48-50
    4.3.1 蚁群算法与Voronoi结合的实现  48-49
    4.3.2 仿真结果  49-50
  4.4 各种算法的性能对比与分析  50-51
  4.5 小结  51-52
第5章 小型无人机地面站软件的设计与实现  52-72
  5.1 小型无人机地面站软件的需求分析  52-53
  5.2 小型无人机地面站软件设计  53-57
    5.2.1 地面站软件的功能模块  53-54
    5.2.2 地面站软件的界面设计  54-57
  5.3 小型无人机地面站软件的关键技术及其实现  57-70
    5.3.1 串口通信技术及其实现  57-59
    5.3.2 数据库访问技术及其实现  59-60
    5.3.3 图形化仪表及其实现  60-64
    5.3.4 导航电子地图及其实现  64-68
      5.3.4.1 基于北东地坐标系的导航电子地图及其实现  64-67
      5.3.4.2 基于大地坐标系的导航电子地图及其实现  67-68
    5.3.5 数据分析及其实现  68-70
  5.4 小结  70-72
第6章 总结与展望  72-74
参考文献  74-82
攻读硕士学位期间所取得的科研成果  82

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 各类型航空器 > 无人驾驶飞机
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