基于面向对象Petri网的无人机协同追踪策略研究

论文摘要

近年来,无人机在世界范围内得到了迅速发展,并对现代战争产生了深远影响。随着作战环境日益复杂,作战任务日益多样,单架无人机执行任务的可能性越来越小,如何通过有效的控制策略支持多架无人机协同作战并实现整体作战效能最佳,是一个极具理论价值与现实意义的研究课题。基于动态角色配置的思想,论文研究了协同追踪过程中无人机在搜索者、协助者、领导者和空闲者四个角色之间切换,动态构建团队追踪移动目标的机制;根据无人机协同合作追踪目标的特点,采用混合式结构建立了无人机的协同追踪策略系统,利用面向对象Petri网对系统的各个对象进行建模,并对系统性能进行评价。本文对“伸缩式”目标搜索算法进行了研究并做了改进,改进的方法可以更有效地对未知环境下的目标进行搜索;论文对无人机的协同追踪策略进行了深入研究,设计了无人机的跟踪策略、押送策略和围捕策略,在追踪过程中三种策略相互配合使用追踪目标;基于人工势场思想,对无人机的运动进行控制,实现了无人机的避碰和追踪控制。论文最后设计了入侵者攻击固定工事的任务场景,并进行了仿真,验证了采用面向对象Petri网所建立模型的正确性和协同追踪策略的有效性,根据仿真结果,深入分析了影响协同追踪策略的因素并做出了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.1.1 无人机的作战特点
• 1.1.2 无人机多机协同合作的优势
• 1.2 国内外的研究现状和分析
• 1.3 论文研究内容和结构
• 第二章 面向对象Petri 网原理
• 2.1 基本Petri 网
• 2.1.1 基本Petri 网定义
• 2.1.2 网系统
• 2.1.3 网系统的运行规则
• 2.2 面向对象方法及其特点
• 2.3 面向对象Petri 网的元素及组成
• 2.4 面向对象Petri 网的系统分析方法
• 2.4.1 面向对象Petri 网的动态特性
• 2.4.2 面向对象Petri 网的动态特性分析方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于面向对象Petri 网的协同追踪策略系统建模和分析
• 3.1 状态角色设置
• 3.1.1 个体定义
• 3.1.2 动态角色
• 3.1.3 无人机团队形成及发展过程
• 3.1.4 无人机对团队的选择
• 3.2 协同无人机团体的系统框架
• 3.2.1 多无人机体系结构
• 3.2.2 协同无人机团体的系统结构框架
• 3.2.3 移动目标的结构框架
• 3.3 协同无人机间的通信
• 3.4 协同追踪策略系统建模
• 3.4.1 协同任务决策层对象
• 3.4.2 无人机对象
• 3.4.3 移动目标对象
• 3.4.4 协同追踪策略系统模型
• 3.5 协同追踪策略系统性能评价
• 3.5.1 系统可达性
• 3.5.2 系统有界性与安全性
• 3.5.3 系统活性
• 3.5.4 基于可达图的系统性能分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 任务级规划和行为级规划的实现
• 4.1 无人机任务级规划的实现
• 4.1.1 目标搜索任务
• 4.1.2 “伸缩式”目标搜索算法
• 4.1.3 追踪策略研究
• 4.1.4 势点的动态规划分配
• 4.2 无人机行为级规划的实现
• 4.2.1 人工势场法
• 4.2.2 无人机避碰和追踪控制方法
• 4.3 本章小结
• 第五章 协同追踪策略系统仿真实验
• 5.1 离散事件仿真策略
• 5.1.1 事件调度法
• 5.1.2 活动扫描法
• 5.1.3 进程交互法
• 5.1.4 三种仿真策略比较
• 5.2 入侵者攻击固定工事仿真实验
• 5.2.1 任务描述
• 5.2.2 无人机执行任务仿真演示
• 5.2.3 仿真结果和分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 全文展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文