無人機(jī)航跡融合與規(guī)劃算法研究.pdf

1、無人機(jī)在軍事和非軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用使飛行控制技術(shù)成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。地面站是飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分。因此，研究適應(yīng)不同任務(wù)需求的地面站對(duì)飛行控制系統(tǒng)的工程研發(fā)和實(shí)際應(yīng)用有重大的意義。
　　 本文對(duì)無人機(jī)地面站及擴(kuò)展的航跡融合與規(guī)劃進(jìn)行研究，主要研究成果如下：
　　 1.地面站的建設(shè)。地面站由兩大功能模塊組成，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理以及傳感器的控制。其中，監(jiān)控模塊需要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)包括：GPS、飛機(jī)PID控制參數(shù)、無人機(jī)

2、自身的工作電壓、動(dòng)力電壓、艙內(nèi)溫度等。導(dǎo)航模塊采用主動(dòng)式和非主動(dòng)式兩種模式，主要由導(dǎo)航初始子模塊、航線管理子模塊、飛控設(shè)置子模塊來完成對(duì)傳感器的控制功能。為了滿足導(dǎo)航與定位的需求，地面站擴(kuò)展了一個(gè)特殊模塊——航跡融合與規(guī)劃模塊。
　　 2.串口通訊協(xié)議設(shè)計(jì)。通訊協(xié)議中涉及到的數(shù)據(jù)跟地面站各模塊處理的信息相關(guān)，協(xié)議的編碼以字節(jié)為單位，協(xié)議的說明具體到每一比特位。最后使用MSCOMM控件和多線程的API函數(shù)來對(duì)串口通訊進(jìn)行了軟件的實(shí)

3、現(xiàn)。
　　 3.航跡融合問題。航跡融合的整個(gè)過程分為以下六個(gè)階段：
　　 (1)數(shù)據(jù)獲取階段，統(tǒng)一數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)；
　　 (2)數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，進(jìn)行了假定；
　　 (3)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)階段，采用拉格朗日三點(diǎn)插值法對(duì)時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)；
　　 (4)航跡相關(guān)階段，根據(jù)可達(dá)性原則設(shè)計(jì)出單傳感器單航跡的提取算法，針對(duì)最大隸屬度原則算法的缺點(diǎn)，運(yùn)用事例推理的思想重新設(shè)計(jì)出一種航跡的相關(guān)算法；
　　 (5)航跡融合

4、階段，對(duì)基于概率統(tǒng)計(jì)的八種濾波算法(EKF、UKF、PF、PF-EKF、PF-UKF、PF-EKF-MCMC、PF-UKF-MCMC)進(jìn)行仿真比較，接著選用合適的濾波算法，并對(duì)選擇的算法進(jìn)行一定的改進(jìn)，最后使用改進(jìn)的濾波算法對(duì)航跡進(jìn)行融合處理；
　　 (6)航跡預(yù)測(cè)與定位階段，建立Singer模型，使用卡爾曼濾波器對(duì)航跡進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　 4.航跡規(guī)劃問題。主要研究基于粒子群優(yōu)化算法的航跡規(guī)劃，為了提高基本粒子群優(yōu)化算法中

5、粒子的搜索能力而引入慣性因子，對(duì)引入的慣性因子進(jìn)行動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，同時(shí)為了改善粒子的早熟收斂和全局收斂性能差等缺點(diǎn)繼續(xù)引入遺傳交叉因子，最后對(duì)適應(yīng)度函數(shù)也進(jìn)行研究，并針對(duì)四種基本的適應(yīng)度函數(shù)分別進(jìn)行仿真比較。將帶慣性因子和遺傳交叉因子的粒子群算法運(yùn)用于航跡規(guī)劃中，根據(jù)實(shí)際問題重新設(shè)計(jì)了適應(yīng)度函數(shù)，利用三次立方插值法建立威脅模型，最后根據(jù)威脅曲面與水平面的映射簡化了問題，并仿真出規(guī)劃后的軌跡。
　　 對(duì)航跡融合與航跡規(guī)劃算法的研究，最終