战场环境中多无人机任务分配的快速航路预估算法

战场环境中多无人机任务分配的航路预估是一个具有多路径和实时性双重要求的路径规划问题。采用概率路标图方法对多无人机多任务的航路预估问题开展研究,将航路预估分为离线学习和在线查询两个阶段。通过将战场中威胁的影响转化为各路标间航段的风险代价,提出了基于代价变换的概率路标图方法,当战场态势发生变化时,在不需重构路标图的条件下可以通过局部航段风险代价的调整快速规划出新的预估航路。根据规划条件采取不同的采样策略,可以在规划时间和航路质量之间实现协调以满足不同的战术要求。仿真结果表明该方法是一种快速有效的航路预估方法。     

无人机地形预处理低空突防轨迹规划技术

针对无人机低空突防飞行问题,提出了一种基于飞行器最大过载约束、爬升角约束和速度约束的数字地形直接平滑技术,设计了多步判断逻辑和山峰保护逻辑以提高平滑收敛速度和对山峰的保护,生成满足无人机飞行性能约束的安全可飞行曲面;在此曲面上进行轨迹规划,避免了复杂的轨迹可飞性和安全性处理工作,提高了轨迹规划效率;利用正交配点法将无人机轨迹规划问题进行离散化,转化为非线性规划问题,并利用序列二次规划方法进行攻击轨迹求解。仿真表明,该技术能快速生成可飞行的攻击轨迹。     

基于微分平坦的高超声速滑翔飞行器轨迹规划

针对高超声速滑翔飞行器再入轨迹规划问题,提出了一种基于微分平坦理论的三自由度轨迹生成方法。在分析纵向运动简化模型的微分平坦属性基础上,将纵向参考轨迹规划问题映射到平坦输出空间,消除微分动力学约束的同时降低系统设计的维数,进而提高求解效率;采用全局插值多项式参数化平坦输出函数,将问题转换为非线性规划问题求解;设计比例-微分反馈控制律跟踪纵向参考轨迹,同时采用航向角误差走廊控制侧向运动,实现三自由度轨迹生成。仿真分析表明所提出的方法能够较快生成满足多种约束且性能优化的飞行轨迹。     

基于蚁群算法的舰艇编队海上补给路径规划方法

将海上补给路径规划问题(URRP)与传统的旅行商问题(TSP)进行比较,分析了它们之间的联系与区别。在此基础之上,应用一种改进的TSP问题,对海上补给路径规划进行了数学描述。针对平时和战时对编队海上补给的不同要求,分别建立了海上补给路径规划模型,确定了规划问题的目标函数。构造了蚁群算法,对URRP问题进行求解,并以平时的海上补给路径规划问题为例,得出了海上补给的最优路径。计算结果验证了该模型和算法的可行性。     

信号时序逻辑约束下基于终点回溯的高效规划

在信号时序逻辑约束下规划路径是一项具有挑战性的任务,其计算量非常高。提出了一种终点回溯的规划方法,它是一种适用于连续时间系统的抽象化方法。该规划方法分为离线构建阶段和在线规划阶段。离线构建阶段在Transducer理论的指导下,从能够完成任务的合理的终点构造一棵快速随机搜索树,向初始状态空间进行回溯。当采样点足够多时,在线规划阶段使用模型预测控制将机器人驱动到快速随机搜索树的叶子节点。通过所提出的规划方法,避免了环境的有限转移系统与信号时序逻辑对应的自动机乘积引起的状态空间爆炸问题。所提出的方法将在线路径规划所需时间降低到1s以下,充分说明了本方法的有效性。与混合整数线性规划以及贝叶斯优化方法相比较,所提出的终点回溯规划方法在线求解效率更优,且更加易于扩展至多机器人协同工作场景。     

一种基于回旋曲线的局部路径规划方法

基于回旋曲线路径模型的局部路径规划方法,将规划算法分为离线和在线两部分。离线计算通过建立轨迹空间与栅格单元映射关系获得搜索图,以文件形式存储。在线规划以局部环境地图栅格单元占有情况为依据,获得可行轨迹空间,然后采用A*搜索算法,获得最优局部路径。仿真实验表明,在障碍稀疏环境中,所提出的方法能够规划出局部路径,且规划耗时满足实时性运行需求;参数离散化导致所提出规划方法的完备性不足,对于复杂环境可能无法规划出可行路径。     

一种基于导航点的航天器相对运动轨迹生成策略

针对圆(近圆)轨道航天器相对运动的固定时间状态转移问题,提出了一种基于导航点的多脉冲优化轨迹生成策略.从相对运动动力学出发,应用最优控制理论给出了基于连续推力的最优转移轨线,将引入的导航点限定在最优转移轨线上得到其位置参数;然后利用导航点位置参数建立了脉冲约束下的基于脉冲的优化轨迹生成模型,采用二次规划算法求解,通过改变导航点位置和脉冲间隔优化轨迹.仿真算例验证了策略的有效性.     

基于多项式设计法的小推力轨迹设计

形状逼近法是小推力轨迹设计中的一种有效方法,然而现有的方法大都假定运动轨迹为某一特定的形状,而且没有考虑推力加速度的约束限制。针对小推力轨道交会问题,提出一种基于多项式的轨迹设计方法。结合极坐标系,建立基于多项式的三自由度轨迹运动模型,将轨迹设计问题转化为求解多项式的系数问题;根据运动模型推导轨迹的动力学特性,建立约束方程,并以消耗燃料最少作为性能指标,采用序列二次规划的方法对多项式的系数进行寻优计算。该方法不仅能求解多个形状设计参数不确定性问题,而且还能满足推力加速度的约束限制。仿真验证了该方法的正确性和可用性,该方法可为任务设计初步阶段的轨迹设计和燃料消耗预估提供一定的技术参考。     

进化计算在机器人轨迹规划中的应用研究

本文介绍了采用进化计算思想研制的机器人轨迹规划系统ＲＴＰ－１，提出多层次动态结构化编码方案，利用低中高三层进化算法分别优化距离、路径和关节角度偏差，基于多层综合优化策略解决多目标多约束工程优化问题，建立了次序相关问题求解的通用框架。在进化算法中，利用拉马克效应加快轨迹规划速度，在ＲＭ－５０１机械手上实现的任意空间直线和空间曲线轨迹规划具有良好的鲁棒性，规划轨迹的相邻臂构型间具有良好的柔顺性，规划轨迹的臂构型序列具有良好的平滑性。本文所采用的机器人轨迹规划方法具有通用性，可推广应用于各种动力学系统的研制。     

新混合智能计算法在 UCAV 航路规划中的应用

无人作战飞机(UCAV)出航执行对地攻击(或侦察)任务,若事先针对敌方防御区内的威胁部署和目标的分布情况,就飞行航路进行整体规划设计,则可以综合减小被敌方发现和反击的可能性,最大限度地降低耗油量,从而显著提高其执行任务的成功率.在对进化算法研究的基础上.将用于解决旅行商问题(TSP)的进化算法加以改进,引入优秀个体保护法和模拟退火的策略思想,借以克服进化算法固有的易陷于局部最优的早熟现象,然后运用于UCAV的航路规划.实验结果表明,改进的混合智能计算方法简易而有效,寻优效果明显优于常规进化算法,规划出的航路能够满足UCAV飞行任务规划的综合需要.     

滑翔飞行器多目标弹道优化的进化-配点混合求解策略

针对高超声速滑翔飞行器弹道多目标优化问题,综合考虑计算效率和精度,结合分解进化算法与配点法提出一种混合求解策略。根据滑翔飞行器动力学模型和弹道设计中需要考虑的约束条件,建立飞行器多目标弹道优化模型。利用控制量离散化方法将多目标弹道优化问题转化为带约束的多目标参数优化问题,并采用罚函数法处理约束条件,随后利用分解多目标进化算法进行求解。为了提高弹道优化的精度,将椭球聚合法与配点法相结合,以多目标进化算法得到的Pareto解作为初始解进行迭代求解。通过典型的复杂约束多目标弹道优化的算例表明,所提出的混合求解策略能够获得满足复杂约束要求的Pareto最优解集,实现有效的多目标弹道优化。     

满足大动压模拟要求的试验弹道优化设计

为了解决弹道导弹在高海拔发射场进行飞行试验时的大动压检验问题,提出一种模拟大动压条件的试验弹道设计方法。针对发射场的实际特点,建立残骸再入的动力学模型与落区边界模型;将大动压模拟条件转化为过程约束,提出一种主动段联合优化策略。基于自适应模拟退火算法,分别设计了三组满足不同大动压模拟条件和各项约束的试验弹道,并给出了对应的落区调整方案,验证了该方法的可行性。设计结果表明,最大动压主要出现在一级,一级最大负攻角增加,则最大动压也明显提高;同时调整发射方位角和二、三级程序角可以保证试验弹道满足弹头落点约束条件。     

基于遗传算法的多目标虚拟装配路径规划

针对以往求解路径规划问题中以路径最短为目标的局限性以及随机选取初始路径的缺陷,引入合适的目标函数和遗传算子,提出了一种基于遗传算法的多目标虚拟装配路径规划方法,利用大范围初始化的方式产生具有代表性的初始群体,设计了具有启发作用、适合路径规划的遗传算子,能够同时得到不同特点的多条路径,优化了装配路径.     

滑翔导弹再入拉起段弹道优化设计与制导

对滑翔导弹再入弹道进行了分段,根据再入拉起段的特性建立了弹道优化设计模型,认为导弹在再入拉起段弹道终点时应处于纵向力平衡状态,使用Gauss伪谱法进行了再入拉起段的能量最优弹道优化计算;利用基于伪谱法优化的弹道在线生成,实时产生控制指令,实现了再入拉起段的闭环弹道控制.仿真结果表明,Gauss伪谱法弹道优化具有精度高、计算时间短等特点,闭环弹道控制能较好地消除风、再入参数偏差等干扰的影响,具有应用于在线制导的潜力.     

基于量子双向RRT算法的多平台反舰导弹协同航路规划

针对反舰导弹航路规划面临的动态威胁环境和多平台协同打击问题,提出了一种基于量子双向RRT算法的反舰导弹协同航路规划方法。采用动态坐标设置动态威胁,实时地避开动态威胁;通过取预规划终点方法,实现对目标的时间和空间协同打击;结合量子进化思想,将RRT算法中的扩展方向量子化表示,提出了一种量子双向RRT算法,并应用于航路规划。仿真结果表明,该方法可有效规避动态威胁和解决多平台反舰导弹航路规划的协同问题,并显著地改善了RRT算法的全局收敛性,得到了航程更短的航路。     

一种基于极坐标模型的多AUV协同导航与定位算法

为了解决多个自主式水下无人航行器(AUV)在作曲线轨迹的航行时常规协同导航算法精度较低的难题,提出了一种基于极坐标的多AUV协同导航与定位算法.首先,将本算法的模型、可观测性与常规的直角坐标系算法进行了分析与对比.接着,进行了基于实航数据的数值仿真.针对解决各种传感器受异常噪声干扰导致多AUV协同定位误差变大的问题,本...     

基于免疫遗传算法的人上位拣选车作业规划问题求解

针对人上位拣选车的作业轨迹规划问题构建了具有附加安全约束条件的时间最优控制数学模型,并提出了一种免疫遗传求解算法．该算法较单纯遗传算法有效避免了种群退化,且收敛速度更快．实验表明,该算法适用于求解人上位拣选车的作业轨迹规划问题．     

卫星对地观测任务全周期规划模型

为解决应急条件下卫星对地观测任务时间紧迫的问题,从卫星执行对地观测任务的全过程出发,提出了卫星对地观测任务全周期规划模型,综合考虑卫星完成任务的各个阶段,缩短整个任务的执行时间,使其满足应急条件下的时间需求。采用启发式算法求解,并研究了基于冲突队列的解的调整优化策略。实验验证所提的模型和算法能够较好地解决卫星对地观测任务规划问题,在时间紧迫的条件下与传统的各阶段的独立任务规划相比,能够提高任务的完成率,具有实际的应用价值。     

采用弹道修正技术的红外干扰弹性能优化

针对弹道修正弹的高维非线性特性导致的性能优化难题,改变概念设计阶段传统的串行设计方式,提出了一种基于实验设计(Design Of Experiments,DOE)和响应面(Response Surface Methodology,RSM)的智能优化算法,定义基本的弹丸结构模型以及相关的设计参数.在DOE的基础上,将设计...     

面向移动单摄像机的多目标跟踪算法

针对移动单摄像机采集的视频序列中的运动多目标,重点研究了基于目标间的相对运动信息和数据关联策略的在线多目标自动跟踪器。利用目标间相对运动模型实现目标轨迹的恢复,减少目标轨迹碎片。运用事件匹配算法改进当前帧的检测响应与过去轨迹的分配,并降低跟踪过程中的目标身份转换次数。实验结果表明:该改进算法较原算法能够对序列中目标跟踪定位得更加精确,减少了轨迹碎片和身份转换次听语音 聊科研与作者互动数,在TUD-Campus序列上达到了与国际前沿多目标跟踪算法相当的效果。