【摘 要】
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无人机的诞生与研究给现代生产和生活的多个方面都带来了十分丰富而全面的帮助。经过形态和功能方面的逐步改善,它在工业生产、农业发展和商业等领域协助进行安全救援、农业植保、巡检测绘和媒体娱乐等工作,发挥了重要的作用。在无人机研究的众多领域分支中,飞行控制是进行其他特色功能开发所必须考虑的一个重要方面,其中优质的导航路径设计更能帮助无人机高效的完成任务。PHC 曲线模型是实用性很强的一种空间平滑曲线设计模
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无人机的诞生与研究给现代生产和生活的多个方面都带来了十分丰富而全面的帮助。经过形态和功能方面的逐步改善,它在工业生产、农业发展和商业等领域协助进行安全救援、农业植保、巡检测绘和媒体娱乐等工作,发挥了重要的作用。在无人机研究的众多领域分支中,飞行控制是进行其他特色功能开发所必须考虑的一个重要方面,其中优质的导航路径设计更能帮助无人机高效的完成任务。PHC 曲线模型是实用性很强的一种空间平滑曲线设计模型,具有模型曲线的曲率连续的特点,十分适用于无人机的路径求解问题。本文的主要研究内容是对双无人机协同完成定点投放任务的导航路径规划问题的优化求解,其主要内容如下:
(1)结合对无人机协同飞行完成任务的过程分析,建立基于空间标准坐标系的双无人机协同路径导航问题求解的空间模型。其中,明确了系统的目标是输出一组双无人机执行投放任务过程的飞行路径曲线。需要考虑到的条件包括路径的可行性约束(曲率、挠率约束)和安全性约束,导航路径的优化标准是导航路径的长度。
(2)通过对PHC模型在路径规划中的应用分析,对 PHC模型在双无人机协同导航问题中的应用加以优化,来规划出满足问题模型的导航路径。本文通过对四元数环境下求解 PHC 模型曲线的分析,得到了能影响 PHC模型曲线输出形态的一组参量,引入全部 4个参量作为目标优化对象。相比传统的 PHC路径求解模型而言,增多了设计的维度。通过实验对比,验证了该改进在路径曲线输出可靠性上的提升。
(3)通过对传统粒子群算法在寻优应用上的改进,结合双无人机协同路径规划问题模型中的最优性约束,求解本文双无人机协同导航的最佳输出路径。在基于改进 PHC模型求解的满足问题模型条件的一系列路径曲线的基础上,采用粒子群算法进行全局寻优。在传统算法的基础上,在迭代中加入变异算子进行算法优化。通过实验验证了该优化在无人机协同导航路径全局寻优中能明显降低输出结果陷入局部最优的概率。
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