發(fā)布時間：2020-06-21 05:20

【摘要】：隨著無人機技術(shù)、微電子技術(shù)、導航定位技術(shù)的快速發(fā)展,無人機已廣泛應(yīng)用于軍用和民用領(lǐng)域。與單無人機執(zhí)行任務(wù)相比,采用不同的編隊隊形執(zhí)行不同任務(wù)不僅可以大大提升執(zhí)行任務(wù)的效率同時可以提高執(zhí)行任務(wù)的可靠性。本文對編隊無人機的航路規(guī)劃、隊形保持與控制、航路跟蹤進行了研究。首先,以F450四旋翼無人機為例,分析了F450四旋翼無人機的特點和飛行原理,利用牛頓-歐拉法建立并推導出了F450四旋翼無人機的運動學模型。針對編隊無人機的三維路徑規(guī)劃、隊形保持的策略研究中,首先,將無人機視為質(zhì)點模型;然后論文介紹了經(jīng)典的二維局部FRAS靜態(tài)人工勢能場,并建立了改進的3DAPF。在此基礎(chǔ)上,論文結(jié)合約束動力學理論,通過引入拉格朗日乘子建立了三維虛擬力環(huán)境下基于約束動力學理論的無人機編隊路徑規(guī)劃與隊形保持算法。針對編隊無人機對規(guī)劃航路的跟蹤問題,結(jié)合已規(guī)劃的航路曲線和F450四旋翼無人機運動學模型,提出了新的無人機軌跡跟蹤算法。首先,論文根據(jù)對軌跡跟蹤的約束要求,介紹并推導了經(jīng)典的LQR軌跡跟蹤算法,然后結(jié)合反步控制(Backstepping)與Sigma-Pi神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提出基于BSP-ANN(反步神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))的無人機航路跟蹤算法。最后,采用不同跟蹤方法對已規(guī)劃航路進行仿真驗證和對比分析。最后,針對以上所提出的算法,給出了基于ARM與UWB定位的無人機編隊飛行驗證平臺方案,論文給出了整個平臺的整個平臺的方案、系統(tǒng)組成與工作原理、飛控平臺的搭建、地面測控系統(tǒng)開發(fā)以及器件的選取等內(nèi)容。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V249;V279
【圖文】：

編隊無人機航路規(guī)劃與軌跡跟蹤技術(shù)研究區(qū)域全方位數(shù)據(jù)信息獲取方面，采用多機協(xié)同編隊的方式執(zhí)行既定偵察、搜索等任務(wù)時，由于編隊中的每個無人機攜帶著與任務(wù)相對應(yīng)的偵測機載設(shè)備，每個機載偵測設(shè)備都可以對指定的目標區(qū)域從不同的角度完成數(shù)據(jù)采集和信息融合等功能。通過編隊無人機之間的數(shù)據(jù)共享，根據(jù)不同角度的數(shù)據(jù)信息可完成不同角度下的目標區(qū)域三維立體信息，從而使地面人員可以全方位的分析整個目標區(qū)域的態(tài)勢。最終，可有效提高探測信息的逼真度從而更詳細的獲取目標點的全部信息，增強對目標點地識別能力[8]。最后在執(zhí)行空間中警戒、目標敵機驅(qū)離等任務(wù)方面，采用多機編隊對入侵目標進行伴飛來完成目標的驅(qū)離，同時對目標能夠起到很好的震懾作用。在執(zhí)行空地、空空目標打擊時，采用多機編隊可顯著提高載彈量同時從不同的方向?qū)δ繕它c進行打擊，擴大了打擊范圍，增強了對戰(zhàn)場的威脅的毀傷能力，還可以提高了無人機的突防能力。在無人機進行編隊飛行執(zhí)行相關(guān)的任務(wù)時，要求編隊中各個無人機相互之間保持特定的姿態(tài)與位置關(guān)系，以編隊隊形來很好的完成指定的任務(wù)[9]。多無人機保持特定的編隊隊形的實際飛行效果，如圖 1.1 所示。

南京航空航天大學碩士學位論文無人機最先完成了無人機的地面遙控的雙機編隊飛行。相比較于美國無人機編隊飛行的研究，英國空軍的研究相對稍遲一點，他們將有人機與無人機相結(jié)合于 2007 年完成了模擬協(xié)同作戰(zhàn)實驗。最終完成了采用一架經(jīng)過改裝的“狂風”戰(zhàn)斗轟炸機指揮 3 架“模擬機”（由 BAC-111 改裝），對地面移動目標實施了模擬攻擊。隨著“全球鷹”無人機的出現(xiàn)，憑借著“全球鷹”無人機的優(yōu)異性能，美國空軍再一次領(lǐng)跑無人機編隊飛行領(lǐng)域，美國空軍于 2012 年采用兩架無人機完成了雙機編隊加油試驗。至此，“全球鷹”無人機完成雙機編隊空中自助加油試驗標志著美國在無人機編隊飛行與協(xié)同執(zhí)行任務(wù)方面取得了長足的進步和突破性的進展，在無人機協(xié)同編隊飛行方面美國再一次領(lǐng)跑世界。美國在無人機編隊協(xié)同方面取得的成果極大地刺激了法國。于是法國達索公司在 2014 年結(jié)合無人機和有人機，將陣風戰(zhàn)斗機、獵鷹公務(wù)機以及神經(jīng)元無人機進行組合，完成了有人機（無人機）協(xié)同編隊飛行的試驗畫面。特別是神經(jīng)元飛機在編隊飛行中所展現(xiàn)的密集編隊能力，充分說明了法國在無人機編隊飛行方面的技術(shù)實力和系統(tǒng)操作能力。另外，美國計劃于 2020 年將編隊無人機技術(shù)成熟運用于大規(guī)模對地打擊、空中偵察等戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 廖衛(wèi)中;宗群;馬亞麗;;小型四旋翼無人機建模與有限時間控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年10期

2 魏青銅;陳謀;吳慶憲;;輸入飽和與姿態(tài)受限的四旋翼無人機反步姿態(tài)控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年10期

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本文編號：2723581