无人机双机协同航迹规划技术研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870315-S199学科分类号：081105硕士学位论文无人机双机协同航迹规划技术研究研究生姓名程晓明学科、专业导航、制导与控制研究方向飞行控制技术指导教师曹东副研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonCooperativePathPlanningforTwoUnmanedAerialVehiclesAThe

2、sisinNavigation，GuidanceandControlbyChengXiaomingAdvisedbyProf.CaoDongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南

3、京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要多架无人机协同合作能缩短任务执行时间，提高任务完成质量，让机群优势得到充分发挥，是未来无人机发展的必然趋势。随着飞行环境的日益复杂，协同航迹规划技术逐渐成为保障多无人机系统自主安全飞行的重要手段，具有非常重要的研究意义。本文主要研究两架无人机巡航阶段的协同航迹规划技术，以速度矢量场法为核心设计协同规划算法，致力于快速为双机生成安全可飞的航迹，并在规划过程中

4、实现双机在空间和时间上的协同。首先，完成双机协同关系的定义，明确了本文的研究目标；在二维空间中，对双机协同规划问题进行数学建模，建立了双机协同控制模型，将规划空间转换为速度矢量场的作用空间，实现双机编队问题的数学描述。其次，设计了双机协同控制方法，对原有的速度矢量场模型加以改进，将leader-follower法、MotorSchema结构和速度矢量场法相融合，并修改了合速度的计算方法，将速度分量乘以可实时配置的控制参数后再进行矢量叠加，保证可以根据实际环境动态调整双机的规划速度。然后，在协同航迹规划实现上，采用路标导引法解决速度矢量场陷阱问题；对无人机约束融

5、合方法进行研究，实现无人机最小转弯半径约束和航迹免碰撞约束的融合；设计了临时目标点选择和探测步长调整两种协调机制来保证双机的协同关系；研究环境更新方法，采用局部更新策略，保证算法可以应用于动态变化的环境。最后，设计了双机协同规划算法，并开发了仿真测试软件，完成了对算法的仿真验证。仿真结果表明：双机协同规划算法是合理可行的，快速性强，能够有效地实现双机的协同。关键词：无人机，协同航迹规划，速度矢量场法，Leader-follower法，MotorSchema结构i无人机双机协同航迹规划技术研究ABSTRACTCooperationofmultipleUAVsca

6、nshortenexecutiontime,improvecompletionqualityoftasks,andtakefulladvantageofairfleet,whichisaninevitabledevelopingtrend.Astheflightenvironmentbecomesincreasinglycomplex,cooperativepathplanningtechnologygraduallybecomesanimportantmeanstoensureautonomoussafeflightofmultipleUAVssystema

7、nditisofimportantresearchsignificance.ThispapermainlystudiescooperativepathplanningtechnologyfortwoUAVsduringtheircruisephase.Withvelocityvectorfieldmethodasthecore,cooperativepathplanningalgorithmiscommittedtogeneratefeasibleflightpathfortwoUAVsandrealizetheircoordinationinspaceand

8、timeduringplanning.