无人机集群路径规划算法研究综述

无人机集群路径规划算法是无人机集群控制的重要研究方向之一.多无人机路径规划相较于单无人机路径规划,会考虑空间协同和时间协同约束、飞行安全等问题.首先对无人机集群路径规划算法进行分类,分为传统路径规划算法、智能优化算法和深度强化学习算法.其次对各类算法进行简要分析和总结,针对缺陷,给出相应的改进思路及例子.再着重对深度强...     

无人机对移动目标干扰航路问题研究

针对无人机的作战特点,结合作战目标的运动特性,研究了无人机对移动目标干扰航路的问题,引入了垂直干扰航路和跟踪干扰航路的概念,并建立了相应的干扰航路模型.通过仿真对比验证了两类航路规划方法的优缺点,从而确保对移动目标干扰航路规划的有效性,为无人机的任务规划决策提供了有力的辅助与支持.     

考虑时间约束的多飞行器轨迹优化方法研究

针对同一发射场部署的多枚飞行器集群发射需求,提出一种降低飞行器之间到达任务地点间隔时间的轨迹优化方法.该方法考虑多飞行器发射的安全时间间隔,以每枚飞行器的任务总时长为优化目标,采用序列二次规划(SQP)算法对飞行程序角参数进行优化,使得多枚飞行器在各发射点和任务目标点不变的情况下,同时到达任务目标点,并采用基于径向基函...     

一种海域无人机集群动态组网传输与动态调度方法

针对海域无人机集群组网监测过程中的网络间动态通信问题,从路由选择、高动态随机接入、动态资源调度等方面研究了无人机集群组网通信的关键技术。设计分簇DSDV(Destination sequenced distance vector routing)路由选择协议,按照任务类型需求为各簇动态分配网络带宽,改善网络性能;设计按需分配的分布式高动态随机接入协议、基于比例公平算法的动态资源管理方法,解决无人机集群子节点在接入和退出时产生的不确定性问题,有效避免在通信过程中出现多个接入请求冲突的问题。结果表明,利用文中提出方法设计的组网通信终端,各项指标与集群通信需求相比均有较大余量,能够满足海域无人机集群组网通信要求。     

多无人机任务分配/航迹规划的一体化求解方法

针对多异构无人机任务分配和航迹规划存在的强耦合特性,为解决串行求解仅能获得局部最优解的问题,提出了一种基于图论的一体化求解框架,采用三维Dubins模型,通过对无人机航向角进行离散化,将路径规划问题和任务分配问题建立为离散图模型。为了实现该混合整数规划问题的快速求解,建立了基于并行化处理的遗传算法策略;为避免执行时序约束任务存在的死锁问题,引入深度优先算法（DFS）,通过检测时序任务图环路状态判断任务规划结果的可行性,从而剔除规划结果中的不可行解。仿真结果表明,相比于解耦方法,一体化求解方法能明显提高规划结果的品质;相比于集中式遗传算法,分布式遗传算法能显著提高算法的收敛速度。     

一种未知动态环境下异构无人机集群分布式联盟形成方法

针对未知动态环境下异构无人机集群的分布式联盟形成问题,首先构建了异构无人机集群的联盟任务自动机,实现了异构无人机集群在未知动态环境下的自主任务协调.在此基础之上,提出了一种基于蒙特卡洛树搜索的分布式联盟形成算法,该算法通过两阶段的蒙特卡洛树搜索来增量式地对联盟结构进行分布式优化,算法可在分布式框架下实施,并在任意时间内...     

高空无人机载GPS/INS系统干扰效能及对策研究

GPS/INS系统在高空无人机完成作战任务过程中发挥着重要作用.在建立GPS干扰方程以及对INS导航误差分析的基础上,针对GPS天线特点,对GPS干扰机的兵力需求进行分析计算.通过仿真分析,给出了对抗高空无人机机载GPS/INS的对抗策略.     

基于态势感知一致性的UAV集群分布式协同性能分析

针对现有无人机集群分布式协同方法没有细致考虑态势感知过程，忽略了对抗环境下态势信息的不确定性对集群协同的影响，对协同性能缺乏量化分析等问题，提出基于态势感知一致性的无人机集群分布式协同方法，并分析协同性能。从集群协同作战角度分析协同方法的实质，考虑态势信息不确定性，给出集群态势感知一致性分析，建立态势觉察一致性、态势理解一致性等概念，并设计协同方法；建立协同时间、协同信息量等指标，分析指标特性，量化分析协同性能；在给定的仿真场景下，对比分析各协同方法性能。结果表明，所提方法协同性能较好，更切合对抗环境，对集群协同作战研究有一定的积极意义。     

一种基于任务分区的轨道转移飞行器轨迹重规划方法

针对轨道转移飞行器入轨任务中可能的异常状态,提出一种基于任务分区的在线轨迹重规划方法。将重规划问题描述为非线性系统最优控制问题,在地心惯性坐标系中建立飞行器的状态方程。考虑轨道倾角偏差与远地点高度偏差,设计任务分区并完成目标轨道决策。根据不同分区确定相应的性能指标与约束条件,以目标轨道为圆轨道的任务为例,构建凸优化问题并采用序列凸规划方法完成求解,使轨道转移飞行器出现飞行偏差时能够预测可达范围并重新规划任务飞行轨迹。仿真结果表明这种方法可以在飞行任务中快速实现不同条件的轨迹重规划设计,对异常状态实现一定程度的补救。     

基于自适应通信拓扑的无人机集群弱路径约束下的分布式控制器设计

针对传统无人机集群飞行控制需要规划过多飞行路径的问题，设计一种结合线性二次型调节器(LQR)与机间防撞的分布式协同控制器，不需要为集群设计相对构型，只需给定一条满足无人机动力学约束的飞行路径，集群就可沿路径飞行。该控制器通过设计自适应通信拓扑来稳定加入机间防撞机制带来的抖振效应，并使集群具有良好可扩展性。仿真结果表明，所设计的分布式控制器可以实现规划一条路径下无人机集群无机间碰撞的稳定飞行。     

基于Gauss伪谱法的多UAV协同航迹规划

将伪谱法应用于多无人飞行器（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）协同航迹规划,给出了基于Gauss伪谱法（Gauss Pseudospectral Method, GPM）的多UAV协同航迹规划方法。根据UAV的物理特性,结合协同规划的要求,建立了多UAV协同规划的最优控制模型。此模型包括UAV机动性能约束、路径约束、多UAV协同打击约束和集结区约束;利用GPM将最优控制问题转化为非线性规划问题,并用非线性规划软件求解。仿真结果表明,该方法能够满足多UAV的协同规划要求,具有较高的求解精度。     

一种基于飞行任务的临近空间短距滑翔飞行器弹道预示方法

针对临近空间短距滑翔飞行器机动模式多变、弹道参数变化剧烈等特点,本文设计了一种基于变结构交互式多模型滤波的轨迹预测方法.该方法基于飞行任务结合自适应网格构建时变的机动模型集,解决机动模式多变的问题.通过引入渐消因子、修正Markov概率转移矩阵,提出一种变结构交互式多模型方法辨识机动模型特征参数.最后通过更新机动模型中...     

凸优化算法在有人/无人机协同系统航迹规划中的应用

为更好地发挥多智能体在空战中的优势,以凸优化理论为基础,提出一种有人/无人机协同系统的航迹规划方法。首先,分析协同系统的体系结构和控制流程,建立系统的运动模型。其次,根据协同系统中有人机与无人机的任务特点,分别设计航迹规划器与编队规划器,并在编队规划器中引入协同时空约束条件,进而对两规划器模型进行近似与凸化,利用凸优化算法进行求解。最后,通过对比仿真,验证所提方法的可行性。结果表明,凸优化算法能有效求解航迹规划器与编队规划器的优化模型,并且通过协同时空约束,能有效提高系统的飞行安全性及航迹变换的灵活性。     

RLV应急再入轨迹规划问题的动态伪谱法求解

针对可重复使用运载器(RLV)的应急轨迹规划问题,提出了动态伪谱法,实现了目标变更与能力下降情况下的轨迹重构。该方法将应急轨道规划问题转换为动态全局规划问题,基于Legendre-Gauss-Lobatto伪谱法进行了连续最优问题的离散化处理,推导了连续Bolza问题与离散化谱方法的一致性,并基于拉格朗日算子进行了性能指标优化。考虑到非连续最优解的收敛困难,给出了高效的初始配点和动态规划算法。最终的仿真结果表明所提出方法可有效实现再入轨迹重构,适应气动力系统20%的拉偏,且终端约束精度小于10m。     

基于SysML的远程专家保障装备体系建模及结构评估

未来联合作战呈现出体系对抗体系的特点,为满足作战需求对武器装备体系设计提出了更高的要求,实现动态作战环境下武器装备体系结构建模和评估是体系设计中的重要内容。基于联合作战背景下的远程专家保障装备体系想定,从体系作战需求角度出发通过SysML(系统建模语言)建立体系结构模型,设计远程专家保障装备体系结构视图产品,结合ExtendSim建立了可执行模型,并进行仿真分析和结构评估,为提升体系能力提出有效可行的建议。     

考虑轨道摄动影响的多冲量交会规划方法研究

当交会时间较长时需要在轨道规划中考虑摄动的影响,本文基于虚拟瞄准点的思想,研究了考虑轨道摄动情况下的固定时间拦截问题求解方法,并提出了考虑轨道摄动影响的多冲量交会规划方法.通过仿真算例验证了算法的有效性,并对基于二体模型和考虑摄动的规划结果进行了对比.     

载人月球极地探测地月转移轨道设计

针对载人月球极地探测任务,采用一种自由返回轨道与三脉冲机动轨道相结合的地月转移轨道方案.关于自由返回轨道部分的设计,建立了基于近月点伪参数的两段拼接模型,采用一种考虑地球扁率修正的改进多圆锥截线法进行求解,仿真结果显示改进的多圆锥截线法具有更高的求解精度,可为精确设计提供更好的初值;关于三脉冲机动轨道部分的设计,基于混...     

基于避障伪距离的自由漂浮空间机器人规划跟踪一体化控制

针对自由漂浮空间机器人(Free Floating Space Robot,FFSR)的避障规划与控制问题,提出一种FFSR的避障规划-跟踪一体化控制方法。首先,基于障碍物伪距离技术,采用FFSR逆几何模型求解期望末端位姿下的连杆伪距离估计值,进而通过求解非线性优化问题,获得FFSR避障期望轨迹。其次,将全局轨迹规划与局部在线避障相结合,辅以离散状态黎卡提方程（DSDRE）控制方法实现FFSR的避障规划-跟踪一体化控制。最后,采用6R空间机器人模型验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,该方法能够实现FFSR的避障控制,有效克服了传统FFSR控制中末端轨迹规划与控制相分离的问题,提高了FFSR的环境适应性。     

吸气式超声速导弹爬升段多约束轨迹优化

针对吸气式超声速导弹飞行过程多约束及强耦合的特性,研究了超声速导弹爬升段的轨迹优化设计问题。考虑吸气式推进系统与气动力、飞行轨迹的耦合,对超声速导弹冲压发动机的性能进行分析,揭示了吸气式发动机推力、静压裕度以及余气系数随飞行状态的变化规律;在考虑过载、动压、终端弹道参数及发动机参数等约束的条件下,建立多约束条件下的轨迹优化模型,提出一种适用于此类飞行器飞行轨迹与推力规律的优化设计方法,并对最小油耗的爬升弹道进行优化设计分析。仿真结果表明,该方法能有效解决吸气式超声速导弹多约束轨迹优化问题,可为吸气式超声速导弹的弹道规划与制导律设计提供参考。     

考虑通信延迟的卫星集群改进蜂拥控制

针对卫星集群的无碰撞协同运动问题,提出了一种改进的蜂拥控制策略。首先,结合Prim算法和广度优先算法设计了一种计算度、半径约束最小生成树的拓扑优化方法,并将优化结果作为星群的通信拓扑。该方法不仅能够节省每个卫星的通信资源,还能够减少星群网络的通信延迟。随后,为提高参考轨迹生成的快速性,采用基于傅里叶级数的形状曲线逼近法对主星参考轨迹进行规划。在此基础之上,提出了一种考虑通信延迟与碰撞规避的蜂拥控制策略,使星群能够在保证通信连通性的前提下沿参考轨迹运动到目标点附近,并且在运动过程中不发生碰撞。经过理论分析,利用Lyapunov Razumikhin定理证明了卫星集群系统能够达到渐近稳定。最后,通过数值仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性。