无人机航迹规划策略与仿真的研究

论文摘要

无人机航迹规划策略是构成其自主任务规划体系的重要组成部分，是实现无人机自主控制飞行的关键因素；与此同时，无人机仿真平台与可视化三维飞行仿真软件的结合，是实现规划航迹的品质评估和加快理论研究与实际研发进度的重要保障。针对这两个主要问题，本文进行了相应研究。针对不同威胁和环境条件，本文提出了无人机航迹规划策略，包括三个方面的内容：全局静态航迹规划、局部静态航迹规划和局部动态航迹规划。根据无人机所处情况的不同有针对性的采取相应航迹规划策略，规划无人机飞行线路。在全面了解现在流行的优化搜索算法的基础上，针对无人机航迹规划的特点，提出了一种改进型的粒子群优化算法，该算法在传统粒子群优化算法的基础之上，加入了混沌扰动机制，有利于算法搜索时跳出局部最优解，最后得到全局最优解；另外，提出了一种变结构的算法搜索方式，分别针对准确性和快速性的需要所设计，在不同航迹规划策略下被分别采用，提高了航迹规划算法的有效性。针对局部动态航迹规划策略下的移动障碍物，设计卡尔曼滤波算法对其进行移动轨迹的预测跟踪。在仿真试验中，首先使用matlab仿真软件对三种航迹规划策略下的优化搜索算法进行了验证，都表现出优良的性能；其次基于二维云台和DSP控制器搭建了无人机飞行姿态仿真平台，通过控制其俯仰角和滚转角的变化，模拟无人机飞行过程中的航迹跟踪；最后连接无人机仿真平台与上位机，通过上位机安装的可视化三维飞行仿真软件，模拟无人机在真实环境中的飞行情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 无人机概述
• 1.2 国内外无人机发展现状
• 1.3 国内外无人机发展趋势
• 1.4 无人机航迹规划
• 1.4.1 无人机航迹规划的意义
• 1.4.2 无人机航迹规划的发展现状和趋势
• 1.5 无人机仿真平台
• 1.5.1 无人机仿真平台的意义
• 1.5.2 无人机仿真平台的发展现状和趋势
• 1.6 本课题主要研究内容
• 第二章 无人机航迹规划策略与原理
• 2.1 无人机航迹规划策略
• 2.2 无人机航迹规划算法
• 2.2.1 改进型的 PSO 算法
• 2.2.2 移动物体的跟踪预测
• 2.2.3 数字地图技术
• 2.2.4 B 样条曲线拟合
• 第三章 无人机航迹规划方法
• 3.1 航迹评价系统
• 3.2 全局静态航迹规划
• 3.3 局部静态航迹规划
• 3.4 局部动态航迹规划
• 第四章 航迹规划策略及方法的仿真分析
• 4.1 全局静态航迹规划的仿真
• 4.2 局部静态航迹规划的仿真
• 4.3 局部动态航迹规划的仿真
• 第五章 无人机仿真实验平台的设计
• 5.1 半实物仿真平台的设计
• 5.2 控制芯片的选择
• 5.3 半实物模型的选取与驱动电路的设计
• 5.3.1 二维云台
• 5.3.2 驱动电路
• 5.4 姿态角度测量电路
• 5.4.1 数字陀螺仪芯片
• 5.4.2 加速度传感器芯片
• 5.4.3 姿态角测量电路设计
• 5.5 液晶显示模块
• 5.6 可视化飞行软件
• 第六章 无人机仿真实验平台的搭建与调试
• 6.1 云台驱动电路部分
• 6.2 云台姿态角检测电路部分
• 6.3 液晶显示电路部分
• 6.4 串行通信模块
• 6.5 模拟飞行软件调试
• 6.6 系统整体调试
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢
• 附录