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《多無人機系統(tǒng)的協(xié)同目標分配和航跡規(guī)劃方法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、博士學位論文多無人機系統(tǒng)的協(xié)同目標分配和航跡規(guī)劃方法研究RESEARCHONCOOPERATIVETARGETASSIGNMENTANDPATHPLANNINGFORMULTI-UNMANNEDAIRCRAFTSYSTEM趙明哈爾濱工業(yè)大學2016年6月國內(nèi)圖書分類號：TP311.5學校代碼：10213國際圖書分類號：681.3密級：公開工學博士學位論文多無人機系統(tǒng)的協(xié)同目標分配和航跡規(guī)劃方法研究博士研究生：趙明導師：蘇小紅教授申請學位：工學博士學科：計算機科學與技術所在單位：計算機科學與技術學院答辯日期：2016年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學Classifi
2、edIndex:TP311.5U.D.C:681.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONCOOPERATIVETARGETASSIGNMENTANDPATHPLANNINGFORMULTI-UNMANNEDAIRCRAFTSYSTEMCandidate：ZhaoMingSupervisor：Prof.SuXiaohongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：ComputerScienceandTechnologyAffi
3、liation：SchoolofComputerScienceandTechnologyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要多無人機系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)任務規(guī)劃是在約束條件復雜的多模型環(huán)境下，同時對異構(gòu)的多架或多編隊無人機進行系統(tǒng)控制和優(yōu)化的問題。它通常由多機協(xié)同的多目標分配、多航跡規(guī)劃和在線重規(guī)劃三部分組成。多機協(xié)同的難點在于不僅要考慮每架無人機自身的飛行性能、約束限制條件和毀傷概率等問題；還要解決多無人機之間的協(xié)同合作和避免沖突等問題。此
4、外，異構(gòu)的目標分配模型、真實的三維環(huán)境、多個禁飛區(qū)或雷達威脅、被打擊目標的執(zhí)行順序、航跡的表示和任務執(zhí)行時環(huán)境的變化等都會給任務協(xié)同規(guī)劃增加難度。因此，如何實施有效的目標分配策略、規(guī)劃切實可行的平滑航跡、并適應環(huán)境的動態(tài)變化是解決這一問題的關鍵。本文針對三維環(huán)境下多機協(xié)同任務規(guī)劃的難點，以及如何在復雜的三維地形環(huán)境和多約束條件下，為無人機系統(tǒng)中執(zhí)行任務的每架無人機分配合理的任務目標、規(guī)劃安全可飛且代價較小的協(xié)同航跡等問題，在最優(yōu)化理論基礎上建立目標分配和航跡規(guī)劃的統(tǒng)一模型，應用一致的分配代價矩陣處理目標分配；應用空間模糊集和協(xié)同相關性表示航跡關鍵路徑點。重點研究了
5、多機協(xié)同的目標分配、航跡規(guī)劃和在線重規(guī)劃問題。建立高效的任務空間表示，并改進多種優(yōu)化方法進行問題求解，同時展開仿真實驗進行驗證。首先，研究三維環(huán)境下滿足自身和協(xié)同約束的多機系統(tǒng)協(xié)同目標分配問題。根據(jù)無人機與目標的量化對應關系，結(jié)合平衡指派和不平衡指派建立統(tǒng)一的目標分配框架；提出利用空間垂直切面快速估算航程代價的方法，并用航程代價矩陣優(yōu)化目標分配算法；研究多機協(xié)同的約束條件、計算約束違背量，使分配結(jié)果更加準確。模型統(tǒng)一了單對單任務、多對單任務和群巡游任務的處理方式，尤其提出了群巡游任務的代價矩陣構(gòu)建方法，保證與其他模型具有統(tǒng)一的代價矩陣形式，由此確保能夠用一致的算法
6、進行問題求解。該方法克服了傳統(tǒng)目標分配問題中模型不統(tǒng)一，算法針對性差的問題。其次，針對將多個預打擊的目標分配給不同無人機時存在的模型不一致、任務規(guī)模大和規(guī)劃時間長等難點問題，設計了基于航程代價、可匹配多種模型的統(tǒng)一基因編碼策略，并在此基礎上結(jié)合代價矩陣映射差分規(guī)則，以適應離散化求解。在求解過程中，采用三維航程代價表示無人機和目標的分配關系，并通過映射和反映射規(guī)則，將離散問題轉(zhuǎn)換為連續(xù)問題進行求解。同時結(jié)合動態(tài)-I-哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文交叉率混合差分進化策略，調(diào)整算法搜索時探測性與開發(fā)性的平衡，避免陷入局部最優(yōu)。該算法能夠用統(tǒng)一的基因編碼和差分進化策略求解
7、多模型的多機協(xié)同目標分配問題，有效提高了目標分配的準確性，且適合解決較大尺度目標分配任務。再次，針對多無人機在三維環(huán)境下航跡規(guī)劃搜索空間大、多機協(xié)同困難等問題，提出三維多機多目標協(xié)同航跡規(guī)劃和平滑算法，將三維空間模糊表示和人工文化算法引入求解范疇。首先建立了空間網(wǎng)格點與航跡規(guī)劃的模糊隸屬關系，用模糊集合表示空間網(wǎng)格點，提高關鍵路徑點的被關注度；然后用綜合知識構(gòu)建文化算法的信念集，以剪枝航跡規(guī)劃的搜索范圍；在種群集則利用多目標差分進化算法規(guī)劃滿足多機協(xié)同約束的帕累托優(yōu)解航跡組合；最后，通過信息共享，不斷促進知識的積累、增加種群的多樣性、并修正規(guī)劃搜索的方向。該方法提
8、高了關鍵路
