编队无人机的高生存力协同航路规划方法

提出了一种基于多目标遗传算法的编队无人机高生存力协同航路规划方法。方法由备选航路生成和协同规划两个步骤组成。备选航路生成的目的是为编队中的每一个无人机生成多条航路,该步骤采用的算法是多目标遗传算法。协同规划的目的是为各个无人机从备选航路中选择航路,使得各个无人机同时到达目标区域,以增加任务突然性,提高整个编队的生存力。通过仿真算例,把方法与基于Voronoi图的方法作了对比,给出了方法的优缺点分析。     

多架无人机的协同攻击航路规划

针对多架无人机协同攻击同一目标问题,提出了一种航路规划方法.首先根据已知的导弹、雷达等威胁的位置,通过Voronoi图建立初始进入航路,并利用B样条曲线修正初始航路产生无人机可飞航路,然后对多架无人机的航路进行协同修正以满足协同攻击要求.最后对无人机的退出航路规划进行了研究分析,并结合具体问题进行了仿真检验.     

不同作战任务条件下的UCAV航路规划问题建模

UCAV航路规划是充分发挥UCAV作战优势、使任务复杂性与UCAV能力之间保持良好协调性所必须解决的关键问题。在分析UCAV航路规划技术的基本概念和基本要求的基础上,针对不同作战任务条件下的UCAV航路规划问题进行了建模研究,分别建立了单UCAV航路规划、单UCAV多航路规划以及多UCAV协同航路规划等数学模型。     

复杂环境下的多无人机协同巡逻航路规划

为提高多架无人作战飞机（UCAV）存复杂环境下的协同巡逻效率,根据先验信息将环境划分为关注程度不等的未知区域、已知区域和禁飞区域,在航路规划算法中引入搜索回报函数和加权平均距离,加强对高关注度区域的巡逻力度,改善UCAV的空间分布。应用粒子群算法对航路规划模型进行了仿真,结果表明提出的协同巡逻航路规划算法有效     

常值风作用下的反舰导弹多弹协同航路规划

在常值风作用下,为了使多枚反舰导弹能实施高度协同的攻击,基于遗传算法提出了一种常值风作用下的多弹协同航路规划算法.首先,分析了常值风对导弹地速及航路飞行耗时的影响;其次,重点讨论了航路的评价问题,采用了随种群进化而变化的时间协同度评价策略,并设计了相应的遗传算子;最后,通过仿真算例验证了该协同航路规划算法在常值风作用下...     

基于启发式自适应离散差分进化算法的多UCAV协同干扰空战决策

 研究了多无人作战飞机(UCAV)协同干扰空战决策(MUCJAD)问题,在干扰效能评估指标量化方法的基础上为该问题建立了优化模型。为有效求解该模型,提出一种启发式自适应离散差分进化(H-SDDE)算法。在H-SDDE算法中,设计了包含4种候选解产生策略的候选策略池,引入了候选解产生策略及其参数的自适应学习过程。此外,结合实际问题为算法设计了基于威胁度的扩展型整数编码方案、基于威胁度的启发式个体调整操作、基于约束满足的个体修复操作。在12个测试实例上进行了仿真验证,结果表明,H-SDDE算法与其他同类算法相比在求解质量和求解速度上具有明显优势,能够更好地发挥多UCAV协同干扰整体效果。     

基于MAX-MIN自适应蚁群优化的无人作战飞机航路规划

为了保证无人作战飞机(UCAV)以最小的被发现概率和最优的航程到达目标点,在敌方防御区域内执行任务前必须进行航路规划。蚁群优化(ACO)算法的并行实现机制适合于复杂作战环境下的UCAV航路规划,但是基本ACO算法有易陷于局部最优解的缺点。在对基本ACO算法采用精灵策略保留每次迭代最优解的基础上,提出了一种适用于航路规划的MAX-MIN自适应ACO算法,并给出了改进后ACO算法的实现流程,最后采用改进前后的ACO算法对某UCAV的任务态势分别做了仿真实验。实验结果表明改进后的ACO算法可更加有效地应用于UCAV航路规划。     

基于Radau伪谱法的无人作战飞机四维轨迹规划

针对无人作战飞机(UCAV)打击时敏目标和多机协同攻击问题,提出一种基于Radau伪谱法(RPM)的无人作战飞机四维攻击轨迹规划方法。在综合考虑UCAV气动力特性、大气环境特性基础上建立了高精度UCAV(3-DOF)质点模型,并设计了约束条件和目标函数;基于动态RCS建立威胁模型,构建了最优控制理论框架的UCAV四维攻击轨迹规划模型;通过RPM将动态RCS威胁下的四维攻击轨迹规划问题转换为非线性优化问题,然后利用SNOPT软件包进行求解。仿真结果表明,该方法能够以较快的速度和较高的精度生成满足多种复杂约束条件的四维攻击轨迹。     

考虑协同航路规划的多无人机任务分配

针对多无人机任务分配与协同航路规划问题，以分布式合同网拍卖算法为基础，构建无人机集群任务拍卖架构与拍卖收益函数，结合模拟退火算法协调任务执行次序，采用A^*算法完成两任务点间航程预估，在任务分配阶段同步完成多无人机间协同航路的初规划，确定最佳任务执行次序，实现任务分配与协同航路规划的紧耦合。仿真结果表明，在考虑禁飞区、障碍威胁情况下，该算法能够有效完成多架无人机不同类型任务的分配，且目标分配、执行次序合理，总执行代价小，各机间负载均衡；在任务分配阶段考虑协同航路规划具有明显的效果，能够有效提高任务分配的合理性。     

基于威胁评估和扩展Voronoi图的战术飞行轨迹规划方法

针对目前各种基于Voronoi图的路径规划方法在威胁处理过程中存在的问题,提出了一种基于威胁评估和扩展Voronoi图的战术飞行轨迹规划方法。建立了基于贝叶斯网络和模糊逻辑的威胁源威胁度和路径威胁度评估模型,在此基础上建立包括路径威胁度和燃油在内的最优路径代价计算模型。结合扩展Voronoi图的路径生成方法以及Dijkstra路径规划算法,得到了从飞行起点到目标点的能够适应战场态势变化的最小代价路径。最后利用κ-Trajectory路径圆滑算法,得到了与所规划路径等长的圆滑可飞的最优路径。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于神经网络和人工势场的协同博弈路径规划

协同博弈路径规划是空战自主决策、机器人体育比赛等应用场景中的重要问题，其难点在于对环境对抗性反馈的实时自适应和多智能体的相互配合。提出一种基于神经网络和人工势场的协同博弈路径规划方法，使用反向传播（BP）神经网络自适应调整人工势场函数系数，并将人工势场作为神经网络输出端的特征提取。为解决真实样本质量和数量不足的问题，基于遗传算法仿真生成样本数据用于神经网络训练，并通过滚动时域的思路面向动态博弈优化样本性能。从样本数据中提炼出距离差与航向差以反映协同和博弈特性，利用神经网络的黑盒特性和学习能力解决协同博弈问题。应用于二对一反隐身超视距空战路径规划，比经典人工势场法有明显性能提升，且计算开销可接受，计算复杂度分析表明该方法可以较好扩展到多机对抗场景。     

基于PH曲线的多无人飞行器协同航迹规划研究

随着无人飞行器智能化的发展,如何使其在动态环境下避开运动威胁,并能协同以规定的时间和角度进行攻击,从而顺利完成作战任务成为研究热点.基于Pythagorean Hodograph(PH)曲线进行在线航迹规划,提出了分布估计算法和差分进化算法相结合的方法进行航迹参数寻优,并给出了在线避障多无人飞行器协同航迹规划方法,仿真试验结果表明加入速度预测的多无人飞行器协同航迹规划方法的有效性.     

基于遗传模拟退火算法的机器人路径规划

探讨了利用遗传算法来进行机器人路径规划的方法,分析了可能产生的问题及其产生原因,并在此基础上提出利用遗传算法与模拟退火算法相结合的方法来解决机器人路径规划问题。仿真结果表明,这种遗传模拟退火算法切实可行,它能够有效地提高路径规划的计算速度和保证路径规划的质量。     

突发威胁下的航迹规划问题研究

提出采用一种结合三角网格退化、变域动态规划以及航迹优化的方法来解决突发威胁下的航迹规划问题。针对无人飞行器航迹规划中应对突发威胁存在时间延迟过长问题,采用一种速度较快的退化网格方法,有效提高了重规划的速率。在动态规划中,采用一种有向变域动态规划方法,进一步缩短了路径生成的时间。仿真结果显示,该方法能有效减少时间延迟过长问题,并满足地形回避和威胁回避的要求。     

Three-dimensional path planning for unmanned aerial vehicle based on interfered fluid dynamical system

This paper proposes a method for planning the three-dimensional path for low-flying unmanned aerial vehicle(UAV) in complex terrain based on interfered fluid dynamical system(IFDS) and the theory of obstacle avoidance by the flowing stream. With no requirement of solutions to fluid equations under complex boundary conditions, the proposed method is suitable for situations with complex terrain and different shapes of obstacles. Firstly, by transforming the mountains, radar and anti-aircraft fire in complex terrain into cylindrical, conical, spherical, parallelepiped obstacles and their combinations, the 3D low-flying path planning problem is turned into solving streamlines for obstacle avoidance by fluid flow. Secondly, on the basis of a unified mathematical expression of typical obstacle shapes including sphere, cylinder, cone and parallelepiped, the modulation matrix for interfered fluid dynamical system is constructed and 3D streamlines around a single obstacle are obtained. Solutions to streamlines with multiple obstacles are then derived using weighted average of the velocity field. Thirdly, extra control force method and virtual obstacle method are proposed to deal with the stagnation point and the case of obstacles’ overlapping respectively. Finally, taking path length and flight height as sub-goals, genetic algorithm(GA) is used to obtain optimal 3D path under the maneuverability constraints of the UAV. Simulation results show that the environmental modeling is simple and the path is smooth and suitable for UAV. Theoretical proof is also presented to show that the proposed method has no effect on the characteristics of fluid avoiding obstacles.     

基于改进人工势场法的服务机器人路径规划

人工势场法是服务机器人路径规划算法中一种简单有效的方法.针对传统人工势场法存在的目标不可达问题,通过在原来的斥力函数中加入一个调节因子的方法解决,同时采用遍历搜索法解决局部极小值问题,并引入安全距离以及改进调节因子以提高机器人路径规划过程中的安全性能.最后,利用Matlab软件将改进后的人工势场法应用于服务机器人路径规划并进行了仿真实验.仿真结果表明,基于改进人工势场法的服务机器人路径规划有效地解决了机器人不能到达目标点的问题.     

基于人工势场法优化的蚁群无人机航路规划

针对复杂环境下无人机航路规划问题,提出一种势场法优化的蚁群航路规划算法。为了改善蚁群初始路径搜索过程中的盲目性,将人工势场法的规划结果作为先验知识,对蚁群初始到达的栅格进行邻域信息素的初始化,进而运用改进的蚁群算法完成航路搜索任务。仿真结果表明,新算法具有收敛速度快,规划路径短以及环境自适应的优点。     

Study on UAV Path Planning Approach Based on Fuzzy Virtual Force

This article proposes a novel fuzzy virtual force (FVF) method for unmanned aerial vehicle (UAV) path planning in complicated environment. An integrated mathematical model of UAV path planning based on virtual force (VF) is constructed and the corresponding optimal solving method under the given indicators is presented. Specifically, a fixed step method is developed to reduce computational cost and the reachable condition of path planning is proved. The Bayesian belief network and fuzzy logic reasoning theories are applied to setting the path planning parameters adaptively, which can reflect the battlefield situation dynamically and precisely. A new way of combining threats is proposed to solve the local minima problem completely. Simulation results prove the feasibility and usefulness of using FVF for UAV path planning. Performance comparisons between the FVF method and the A* search algorithm demonstrate that the proposed approach is fast enough to meet the real-time requirements of the online path planning problems.     

基于改进A*算法的UUV冰下避障航迹规划算法

针对冰下避障航迹规划问题,提出了一种基于改进A*算法的三维冰下避障航迹规划算法.不同于传统的A*航迹规划算法,该算法结合了人工势场航迹规划算法的思想,将水下地形碰撞约束、海冰碰撞约束以及UUV巡航高度约束重新编排.算法分析表明,该避障航迹规划算法能够有效增强UUV冰下避障能力与定深巡航高度控制能力.基于改进的A*冰下避障航迹规划算法,给出了上述约束的设计方法并进行了仿真验证.仿真结果表明,基于上述约束的航迹规划算法具有良好的避障能力、巡航高度控制能力以及航行距离控制能力.