無人機航跡融合與規(guī)劃算法研究.pdf

1、無人機在軍事和非軍事領(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。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)需求的地面站對飛行控制系統(tǒng)的工程研發(fā)和實際應(yīng)用有重大的意義。
　　 本文對無人機地面站及擴展的航跡融合與規(guī)劃進行研究，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，主要實現(xiàn)實時數(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)測的數(shù)據(jù)包括：GPS、飛機PID控制參數(shù)、無人機

2、自身的工作電壓、動力電壓、艙內(nèi)溫度等。導(dǎo)航模塊采用主動式和非主動式兩種模式，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，地面站擴展了一個特殊模塊——航跡融合與規(guī)劃模塊。
　　 2.串口通訊協(xié)議設(shè)計。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)來對串口通訊進行了軟件的實

3、現(xiàn)。
　　 3.航跡融合問題。航跡融合的整個過程分為以下六個階段：
　　 (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，進行了假定；
　　 (3)數(shù)據(jù)校準階段，采用拉格朗日三點插值法對時間進行校準；
　　 (4)航跡相關(guān)階段，根據(jù)可達性原則設(shè)計出單傳感器單航跡的提取算法，針對最大隸屬度原則算法的缺點，運用事例推理的思想重新設(shè)計出一種航跡的相關(guān)算法；
　　 (5)航跡融合

4、階段，對基于概率統(tǒng)計的八種濾波算法(EKF、UKF、PF、PF-EKF、PF-UKF、PF-EKF-MCMC、PF-UKF-MCMC)進行仿真比較，接著選用合適的濾波算法，并對選擇的算法進行一定的改進，最后使用改進的濾波算法對航跡進行融合處理；
　　 (6)航跡預(yù)測與定位階段，建立Singer模型，使用卡爾曼濾波器對航跡進行預(yù)測。
　　 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，對引入的慣性因子進行動態(tài)轉(zhuǎn)化，同時為了改善粒子的早熟收斂和全局收斂性能差等缺點繼續(xù)引入遺傳交叉因子，最后對適應(yīng)度函數(shù)也進行研究，并針對四種基本的適應(yīng)度函數(shù)分別進行仿真比較。將帶慣性因子和遺傳交叉因子的粒子群算法運用于航跡規(guī)劃中，根據(jù)實際問題重新設(shè)計了適應(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。
　　 對航跡融合與航跡規(guī)劃算法的研究，最終