军用无人车的路径规划与仿真研究

论文摘要

军用无人车是具有侦察、运输、搜救以及火力打击等功能的执行军事任务的机器人系统。无人车要实现安全行驶,并能准确、可靠地执行各种军事任务,前提是能够规划出一条从起始点到目标点能避开障碍物的安全、可靠的行驶路径。野外作战的各种恶劣环境对无人车的通过性能、安全性产生很大影响,而且现代战争要求无人车具有持续作战的能力,这要求无人车的路径规划系统能够准确评价复杂路面的通过性能,规划出符合任务要求的可行路径,满足执行各种任务要求的同时消耗尽可能少的能量。论文对人工势场法应用于无人车的局部路径规划进行了研究。讨论了人工势场法中的4个重要算法参数对整个算法性能的影响,通过仿真结果的分析给出若干算法参数的调整原则。论文对所研究的无人车基于最小能量的三维路径规划问题进行了界定,推导了无人车能量消耗表达式,对其运动三维环境进行了数字化和栅格化建模。首先,利用降维的方法将三维环境下的能量最小路径规划问题转换为二维平面环境下的最短路径规划问题求解。其次,基于格网地图模型进行三维地形分析,利用基于地形判定的部分启发式路径搜索得到后续遗传优化的初始路径种群,设计了遗传操作和适应度函数,通过仿真对本文提出的基于最小能量的三维路径规划方法进行了验证。在理论研究的基础上,论文构建了无人车路径规划仿真系统,应用Matlab GUI设计开发了系统的图形用户界面。通过理论分析及仿真研究表明,本文提出的基于最小能量的三维路径规划方法能够为复杂越野环境下无人车的运动规划出从起始点到目标点消耗尽可能少能量的安全、可靠的行驶路径。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 世界各国无人车的研究概况
• 1.1.2 无人车在军事领域的应用及实战需求分析
• 1.2 路径规划技术的分类及研究现状
• 1.2.1 路径规划技术的分类
• 1.2.2 路径规划技术的研究现状
• 1.3 主要工作内容
• 1.3.1 主要研究内容及研究意义
• 1.3.2 章节安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 基于人工势场法的局部路径规划研究
• 2.1 势场函数的形式
• 2.2 参数对算法性能影响的研究
• 2.3 局部极小值问题
• 2.4 仿真结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于最小能量的三维路径规划研究
• 3.1 研究工作的基础
• 3.1.1 问题定义
• 3.1.2 能量消耗的表达
• 3.2 基于DEM的环境建模
• 3.2.1 数字高程模型
• 3.2.2 栅格化
• 3.3 基于降维法的路径规划
• 3.3.1 算法设计
• 3.3.2 仿真实验与分析
• 3.3.3 算法改进及仿真结果
• 3.4 基于最小能量的三维路径规划
• 3.4.1 基于格网的地形分析
• 3.4.2 基于地形判定的启发式路径搜索
• 3.4.3 基于遗传算法的路径优化
• 3.4.4 仿真实验与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 路径规划仿真系统的搭建
• 4.1 Matlab GUI介绍
• 4.2 系统构成及运行结果
• 4.2.1 全局规划模块
• 4.2.2 局部规划模块
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集