多无人机编队控制技术研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870315-S193学科分类号：081105硕士学位论文多无人机编队控制技术研究研究生姓名欧超杰学科、专业导航、制导与控制研究方向飞行控制指导教师江驹教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringUAVsformationFlightControlAThesisinNavigation,GuidanceandContr

2、olbyOuChaojieAdvisedbyProf.JiangJuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,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

3、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：摘要多无人机编队具有广阔的应用前景，将成为未来战场的主要兵力。队形是无人机编队的一个重要组成部分，它规定了无人机之间的相互位置关系。多无人机编队队形的控制可分为队形构建、队形保持、队形重构三个部分，本文的主要研究内容包括无人机编队队形的构建和编队队形重构，本文的另外一项研究内容是无人机编队的队形设计。在无人机编队队形设计中，分析了无人机编队对队形的要求和有人驾驶飞机的编队实战经验；最后设计了8种针对不同作战任务的编队队形。

4、在无人机编队队形构建的研究中，针对与目标点距离不同并且飞行状态不同的多架无人机，为每架无人机设计了一条符合安全要求的Dubins航路，这些航路由不同的直线段和弧线组成。并基于同时到达的目的，为每架无人机设计了相应航路应具有的速度。在无人机编队重构的研究中，首先采用蚁群算法基于最短路径要求为每架无人机在新的编队中分配一个位置，从而为无人机规划出新的路径，并且根据时间协同要求，计算出无人机在新的航路的设定飞行速度。设计了与前面的决策结果相适应的无人机编队控制系统，控制系统根据无人机实际飞行状态预测无人机能否按照时间要求完成队形构建或者队形重构任务

5、，通过速度调节使得所有无人机同时到达目标点、构建成相应队形，并且编队中无人机的速度航向达到一致或者按照时间要求完成编队重构。最后进行了综合仿真实验，实验结果表明了所设计系统的有效性；带阵风扰动的无人机编队重构仿真结果说明气象条件对无人机编队重构过程的影响较为明显，无人机编队队形重构应该在气象条件允许时进行。关键词：无人机，编队飞行，队形设计，编队构建，编队重构，阵风扰动，完成度IABSTRACTUnmannedAerialVehicle(UAV)formationshaveabroadprospect,willbecomethemainfor

6、cesonthefuturebattlefield.ThegeometrywhichspecifiesthepositionrelationshipbetweenUAVsisanimportantelementoftheformation.Theresearchofformationgeometrycanbedividedintothreedifferentparts:keepingtheformationgeometryduringmaneuver,therendezvousoftheformationandtheformationreconfi

7、gurationandthelasttwotopicsisdiscussedinthisdissertation.Inthefirstresearchtopic,givenseveralUAVswithdifferentflightstateanddistancesbetweenUAVsandtheirtargetpoints,designedaDubinspathwhichcontainstwostraightpathandtwoarcsforeveryUAV.ThevelocitiesoftheUAVflyingthosepatharealso

8、calculated.Inthesecondresearchtopic,antalgorithmisinvolvedtoallocateauniquepositio