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复杂动态环境下多无人机航迹规划的现状与趋势研究

作者:润色论文网  来源:www.runselw.com  发布时间:2020/6/3 11:40:42  

摘要:当前,无人机(UAV)成为世界军事装备研究领域的热点已是共识,信息化战争逐步取代机械化战争,因此“以大吃小”战争逐步被信息化时代的“以快吃慢”的战争取代,无人机在民用领域也得到广泛的应用[1]。文献[2]指出:“现代战争越来越趋向于立体化、大纵深、全方位、多层次的诸兵种合成作战,现代防空技术的迅猛发展对空中进攻战役的要求越来越高”。由此,针对无人机低空突防任务特点,发展综合“地形跟随、地形回避、威胁回避技术”的航迹规划技术是非常重要的。

关键词:多无人机; 在线; 航迹规划;

1 多无人机在线航迹规划的研究现状

复杂多变的信息化战场环境,使得多无人机协同作战模式的效用凸显出来,面向给定的作战任务,多无人机系统如何快速而有效地处理各种信息,协调与融合各无人机的作战力量,完成任务分配,规划最优飞行航迹,最大限度地发挥系统的整体作战效能,成为其取得战场制胜权的关键所在,也是当前多无人机协同控制领域急需解决的关键问题。具体而言,多无人机低空突防航迹规划需要考虑如下几方面的因素:

1.1 航迹规划的高质性

航迹规划的高质性要求无人机规划出高质量的航迹,所谓的高质量的航迹就是要满足低空突防的要求,规划出具有良好的地形跟随、地形回避和威胁回避的可行航迹。地形跟随要求无人机避开和地面碰撞的情况下尽可能低的飞行,这样可以更好地利用地形的掩护,利用地形遮挡作用和反射的地面杂波来降低被敌方雷达探测到的概率,从而提高无人机执行任务的安全性。地形回避是无人机在航迹规划的过程中要绕过山峰等地面障碍。威胁回避是指无人机在飞行时对山峰、建筑物以及各种已知的静态威胁、未知的静态威胁以及突发威胁进行及时回避。

1.2 在线航迹规划的实时性

一般来说无人机执行任务的战场环境异常复杂,不确定因素很多,而且面临的威胁信息动态变化。这要求无人机的航迹规划算法具备一定的实时性,能够根据战场环境信息的变化进行在线的航迹规划。目前国内外学者大部分是在无人机执行任务之前,离线规划出参考航迹,在线执行时遇到威胁等进行重新规划,这样航迹规划的实时性不是很好。此外,无人机低空突防航迹规划主要是针对无人机执行远距离任务的情形提出的,故通常使用的是固定翼无人机。由于固定翼无人机有一定的最低飞行速度限制,不可能在空中停留;同时,当无人机遇到新的威胁或预先未知的地形障碍时,应快速逃离(避开)威胁或障碍。

1.3 多无人机的协作性

郑昌文等人指出多飞行器联合执行某一具体的任务是目前飞行任务的基本特征,故飞行器的协作性能也是航迹规划必须考虑的一个基本要求。协作性要求航迹规划考虑多方面的因素,例如,当多无人机同时执行打击任务时,若要求多架无人机同时对目标进行打击,则需考虑多无人机从不同的方向同时到达打击目标处,而在执行该任务的过程中其中某一无人机遇到威胁而要改变其到达打击目标处的时间,则此时其他无人机也必须作相应的调整。因此,整个无人机组的预计到达时间不一定是按原来定的时间。

2 多无人机在线航迹在线规划未来研究发展趋势

对于复杂动态环境下多无人机低空突防在线航迹规划,尽管国内外学者已经从航迹规划的高质性、实时性以及无人机之间的协作性方面作了大量的研究工作,并取得显著的成果,从本人已查阅的EI数据库、万方数据库、CNKI以及部分SCI数据库来看利用现有的航迹规划方法进行多无人机的航迹规划还存在一些问题需要进一步的研究,主要表现在以下两个方面:

一是在航迹规划的实时性方面需要提高。特别是在复杂动态环境下,实现三维空间下多无人机低空突防在线航迹规划,就要求无人机组飞行过程中,依据给定的飞行任务,考虑突发威胁和诸多不确定因素,根据实际复杂动态战场环境,更好的适应环境的变化,快速规划出可行的航迹,使任务完成达到最大化。要提高航迹规划的实时性,可以引入知识集成来处理航迹规划过程中突发的威胁,这样可以减少无人机的决策时间,提高航迹规划的实时性,也可以引入模型预测控制,将整体的航迹规划转化成分段的进行优化,即无人机边走边优化,这样都可以提高航迹规划的实时性。

二是多无人机共同执行军事任务已成为一种必然的趋势,多无人机之间的协调是多无人机顺利完成任务的保障。目前国内外学者大部分是通过调整协调变量,特别是协调时间来完成多无人机之间的协同。

参考文献

[1] 诺曼·弗里德曼著,毛翔,杨晓波译.无人空中作战系统[M].北京:中国市场出版社,2011.

[2] 闵昌万.飞行器航迹规划与轨迹控制研究[D].西安:西北工业大学,1999.

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