無人機(jī)自主飛行航跡規(guī)劃問題-展示頁
2024-08-19 01:10本頁面
【正文】 無人機(jī)的活動范圍為20km20km的區(qū)域，無人機(jī)起點的平面坐標(biāo)為[1，2](單位：km)， 攻擊目標(biāo)的平面坐標(biāo)為[19，18](單位：km)，同時不考慮無人機(jī)起飛降落時的限制。無人機(jī)的航跡規(guī)劃是為了圓滿完成任務(wù)而作的計劃。眾所周知自主飛行的能力是無人駕駛飛機(jī)所必須具有的。隨著無人機(jī)平臺技術(shù)和機(jī)載遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，它的軍事應(yīng)用范圍已經(jīng)并將繼續(xù)擴(kuò)展，如通信中繼、軍事測繪、電子對抗、信息攻擊等。在問題3仿真過程中，我們使用MATLAB ，包括三次樣條曲線擬合，數(shù)字地圖與預(yù)處理等，使用了VC++ 。問題2是在三維空間情況下規(guī)劃無人機(jī)航跡，我們對選取的二維路徑進(jìn)行如下優(yōu)化：首先，用三次樣條插值法對折線路徑進(jìn)行平滑處理；其次，考察無人機(jī)的操作性能（主要考慮拐彎），對曲線做進(jìn)一步平滑處理；然后，考慮無人機(jī)飛行高度對其安全性及操作性的影響，一方面是在威脅度計算時加入高度因素，重新進(jìn)行權(quán)值計算；另一方面是對飛機(jī)飛行高度變化進(jìn)行討論，如無人機(jī)的最大仰角和過度地帶飛機(jī)至少飛行的高度。得出路段代價后，再用改進(jìn)的Dijkstra 算法求出3條較優(yōu)參考路徑。其中雷達(dá)威脅大小的度量主要考慮飛機(jī)距離雷達(dá)的長度，距離越近其危險值也就越大，由于飛機(jī)的燃油也是有限的，過長的航行路徑會導(dǎo)致飛機(jī)燃油耗盡。如有違反競賽規(guī)則的行為，我們將受到嚴(yán)肅處理。我們知道，抄襲別人的成果是違反競賽規(guī)則的, 如果引用別人的成果或其他公開的資料（包括網(wǎng)上查到的資料），必須按照規(guī)定的參考文獻(xiàn)的表述方式在正文引用處和參考文獻(xiàn)中明確列出。中國礦業(yè)大學(xué)“行建杯”數(shù)學(xué)建模競賽承 諾 書我們仔細(xì)閱讀了中國礦業(yè)大學(xué)“行建杯”數(shù)學(xué)建模競賽的競賽規(guī)則。我們完全明白，在競賽開始后參賽隊員不能以任何方式（包括電話、電子郵件、網(wǎng)上咨詢等）與隊外的任何人（包括指導(dǎo)教師）研究、討論與賽題有關(guān)的問題。我們鄭重承諾，嚴(yán)格遵守競賽規(guī)則，以保證競賽的公正、公平性。 我們的參賽報名號為：參賽隊員 (簽名) ： 隊員1： 隊員2： 隊員3： 參賽隊教練員 (簽名)： 參賽隊伍組別：中國礦業(yè)大學(xué)“行建杯”數(shù)學(xué)建模競賽編 號 專 用 頁參賽隊伍的參賽號碼：（請各個參賽隊提前填寫好）：競賽統(tǒng)一編號（由競賽組委會送至評委團(tuán)前編號）：競賽評閱編號（由競賽評委團(tuán)評閱前進(jìn)行編號）：中國礦業(yè)大學(xué)“行建杯”數(shù)學(xué)建模競賽題 目 無人機(jī)自主飛行航跡規(guī)劃問題摘 要：對于問題1也就是在二維平面上規(guī)劃無人機(jī)最優(yōu)航跡，我們首先用VORONI粗略作出可選航線，然后對每一段路徑進(jìn)行代價估測，問題1考慮的因素較少主要考慮了雷達(dá)威脅度和燃油兩個因素。因此在這兩個因素中，我們引入加權(quán)系數(shù)，使得這危險度和航程因素影響的比重可視具體情況調(diào)節(jié)。然后對這三條路徑進(jìn)行對比從而找出最佳路徑。由于數(shù)字地圖的復(fù)雜型，二維處理中產(chǎn)生的最佳路徑，在三維中并不一定是最優(yōu)的，我們經(jīng)過計算，發(fā)現(xiàn)二維平面次優(yōu)的航道才是三維最優(yōu)的航道路徑。關(guān)鍵字：Voronoi圖 Dijkstra算法 三次樣條插值 最小曲率半徑 目錄一、問題的重述 1二、模型的假設(shè) 1三、模型的符號說明 2四、對問題的分析 3五、模型的建立與求解 3 問題1模型的建立 3 引入問題 3 4 4 VORONOI圖的基本思想 4 VORONOI圖的生成原理 4 Dijkstra算法 5 Dijkstra算法的基本思想 5 實現(xiàn)Dijkstra算法的步驟 5 對Dijkstra算法的改進(jìn) 6 雷達(dá)威脅代價的計算 6 燃油代價的計算 7 航路總代價的計算 7 問題2模型的建立 7 7 航路代價的計算 8 8 8 9 11 無人機(jī)爬坡優(yōu)化 13 13 14 15 問題的求解 16 16 雷達(dá)的分布情況 16 17六、仿真求解 17 問題1 模型進(jìn)行仿真 18 VORONOI圖 18 VORONOI圖各邊的權(quán)值計算 18 利用Dijkstra 算法求最優(yōu)路徑 19 21 利用三次樣條插值法平滑路徑 21 去除曲線尖角效果 22 三維空間處理效果圖 24七、模型評價與改進(jìn) 26 優(yōu)點 26 缺點和不足 26八、參考文獻(xiàn) 27九、附錄 28附錄一 28附錄二 28附錄三 2930一、問題的重述無人機(jī)的發(fā)展至今已有70多年的歷史，其軍事應(yīng)用主要是遂行各種偵察任務(wù)。特別是精確制導(dǎo)武器技術(shù)的發(fā)展，又使它成為這種武器的理想平臺。如果要實現(xiàn)無人駕駛飛機(jī)的自主飛行，則要求具有相當(dāng)程度的飛行航跡規(guī)劃能力。它往往指單機(jī)在初始位置、終止位置和一些目標(biāo)任務(wù)結(jié)點確定之后的航跡規(guī)劃問題，其基本功能是根據(jù)無人機(jī)的性能和飛經(jīng)的地理環(huán)境、威脅環(huán)境等因素，對已知的目標(biāo)規(guī)劃提出滿足要求的航跡，以便在實際飛行時可以根據(jù)需要進(jìn)行實時局部修改。數(shù)字地圖和敵方威脅情況(主要考慮雷達(dá)威脅)已在附件中給出。問題1：忽略地形和無人機(jī)操作性能等因素的影響，綜合考慮敵方威脅，無人機(jī)航程等，基于二維平面建立單機(jī)單目標(biāo)的航跡規(guī)劃模型。問題3：試討論和分析你提出的模型的可行性，并做仿真分析。附件二：數(shù)字地圖。三、模型的符號說明符號符號所表示的意義燃油代價第條邊到第雷達(dá)的危險性代價VORONOI圖上第條邊的長度一條邊由邊長決定的危
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