無人機自主飛行航跡規劃算法研究

摘要

無人機航跡規劃是無人機任務規劃系統的關鍵技術之一，也是無人機實現自主飛行和自主攻擊的基礎。論文比較了七種常用的航跡規劃算法，提出了一種模擬退火遺傳方法。最后通過設計側向偏離控制律，對應用模擬退火遺傳算法所規劃的飛行最優路徑進行了系統仿真驗證，仿真結果取得了較好的效果。主要工作內容如下：

（1）論述了空中主要威脅，并建立了雷達方程；綜合考慮雷達威脅和航程等因素，確定了航跡代價函數；把無人機的航跡規劃問題轉化為圖論中求最短路徑的問題。

（2）以正確度和復雜度作為仿真結果的評價標準，比較了Floyd算法，算法，雙向算法，遺傳算法，模擬退火算法，蟻群算法和粒子群算法，得出了如下的結論：傳統的航跡規劃算法的復雜度隨著節點數的增加迅速上升，這就導致它在現代航跡規劃算法中發展受到了限制；在隨機算法中模擬退火算法正確性較高，而遺傳算法復雜度較低。

（3）針對無人機的具體特點并綜合模擬退火算法和遺傳算法提出了一種模擬退火遺傳算法。仿真結果表明該方法繼承了模擬退火算法正確性較高和遺傳算法復雜度較低的優點。

（4）建立了無人機的運動方程，使用模擬退火遺傳算法規劃出了最優飛行路徑，最后使用側向偏離控制律跟蹤得出的最優路徑。 

關鍵詞：無人機航跡規劃，模擬退火遺傳算法，側向偏離，飛行控制

ABSTRACT

...

KEY WORDS  UAV path planning, simulated annealing, genetic algorithm, laterad departure，flight simulation

目錄

摘  要I

ABSTRACTII

第1章 概 論1

1.1引言1

1.2無人機航跡規劃方法回顧2

1.2.1 決策型搜索方法3

1.2.2 隨機型搜索方法4

1.3 本文的主要工作5

第2章 無人機航跡規劃基礎7

2.1 雷達威脅模型7

2.2 航跡規劃問題的數學描述8

2.2.1 路線優化問題的模型8

2.2.2 航跡代價函數9

2.3 本章小節10

第3章 無人機航跡規劃方法11

3.1 傳統航跡規劃算法11

3.1.1 Floyd算法11

3.1.2 算法12

3.1.3 雙向算法15

3.2 現代航跡規劃算法15

3.2.1 遺傳算法16

3.2.2 模擬退火算法21

3.2.3 蟻群算法24

3.2.4粒子群算法26

3.3 航跡規劃算法的仿真分析28

3.3.1算法正確率分析28

3.3.2算法復雜度分析38

3.4 航跡規劃算法的比較43

3.5 本章小結45

第4章 模擬退火遺傳算法47

4.1模擬退火遺傳算法的基本原理47

4.2模擬退火遺傳算法編程的實現47

4.3模擬退火遺傳算法仿真分析53

4.4 本章小結56

第5章 基于模擬退火遺傳算法的無人機航跡仿真57

5.1 無人機運動方程57

5.1.1 無人機運動的六自由度方程57

5.1.2 無人機運動方程的解耦59

5.2 無人機控制律60

5.2.1 傾斜保持的自動控制61

5.2.2 增穩系統62

5.2.3預選航向的自動控制64

5.2.4 側向偏離的自動控制64

5.3 基于模擬退火遺傳算法的無人機航跡仿真68

5.4 本章小結71

第六章 全文總結72

參考文獻73

致 謝76

畢業設計小結77