基于电子海图的无人艇集群区域覆盖路径规划

[目的]针对无人艇(ASV)集群区域覆盖问题,设计一种基于电子海图信息系统(ECDIS)的多无人艇区域覆盖路径规划方法。[方法]首先,通过提取ECDIS中的海陆和水深信息,建立基于栅格化方法的无人艇集群覆盖区域环境模型。其次,提出一种基于轮盘选择法的区域划分方法,解决基于初始位置的区域划分方法区域划分不规则的问题,实现在栅格地图中对无人艇集群覆盖子区域的合理划分。最后,构建一种基于模板法的区域覆盖路径规划方法,解决生成树覆盖方法路径转弯数量较多的问题。[结果]搭建基于ECDIS的无人艇集群人机交互仿真平台,验证所提基于轮盘法和模板法的区域覆盖路径规划方法对优化规划路径转弯数量的有效性。[结论]采用所提基ECDIS的无人艇集群区域覆盖路径规划方法,实现多无人艇对海上目标任务区域的覆盖路径规划。

基于改进遗传算法的倾转旋翼无人机区域覆盖路径规划

基于改进遗传算法研究倾转旋翼无人机(TRUAV)在多障碍物约束下的区域覆盖路径规划问题.运用最小跨度算法和往返路径生成算法进行任务区域内的覆盖路径初规划,将区域覆盖问题转化为旅行商问题以优化覆盖路径顺序.为了避开区域内的障碍物,提出鱼尾形避障策略.引入最近邻算法,生成比传统遗传算法质量更高的初始种群,设计三点式交叉算子和动态区间变异算子进行遗传操作以提高所提算法的全局搜索能力,避免算法陷入局部最优.在含多个障碍物的多边形区域算例内仿真验证所提算法的性能.结果表明,相比于逐行路径覆盖算法和传统遗传算法,所提算法的覆盖路径长度减少了7.80%,TRUAV的任务区域覆盖效率显著提升.

考虑韧性的无人机集群自组织区域覆盖方法

为提高无人机集群执行自组织区域覆盖任务成功率,提出一种基于个体相互作用力、边界排斥力、重点区域吸引力3种虚拟力的分布式自组织覆盖算法。在此基础上,进一步考虑无人机个体自身故障或毁伤等失效的影响,将集群韧性指标纳入到覆盖关键阈值调节机制中。仿真实验结果表明,该方法能有效使无人机集群对目标区域及重点区域进行覆盖,且能在集群发生故障或遭受毁伤后迅速进行自组织恢复,获得较高的任务成功率。

基于D^(∗)Lite算法的多机器人非凸区域覆盖控制方法研究

针对非凸区域下感知范围有限的多机器人协作区域覆盖问题,重新定义非凸环境下的距离度量函数、控制方法以及未知环境的定义方法,融合D^(∗)Lite算法启发式和增量式的特点,应用于具有动态特性的未知环境的探索覆盖。通过仿真实验,与基于Dijskra算法的非凸覆盖算法相比,在已知环境下,算法覆盖率和冗余率分别达到97.98%和26.53%,未知环境下算法覆盖率和冗余率分别达到98。96%和30。01%,验证了基于D^(∗)Lite的非凸覆盖算法在已知环境下和未知环境下的有效性和优越性。

面向区域覆盖的多无人机动态通信资源分配方法

针对多无人机区域覆盖任务中的机间通信资源分配问题,提出了一种基于强化学习的多智能体动态通信资源分配模型。利用多智能体生成树覆盖方法生成任务区域内各个无人机的覆盖航线,对无人机与地面基站及无人机之间的通信链路进行建模。由于飞行环境的不确定性,将长期的资源分配问题建模为随机博弈模型,将无人机间的空-空链路视作一个智能体,每个智能体采取的动作包含选择工作频段和发送端的传输功率。在此基础上,基于双深度Q网络(DDQN)设计多智能体强化学习(MARL)模型,使得每个智能体通过奖励函数的反馈学习到最优通信资源分配策略。仿真结果表明:MARL模型能够在动态航迹下自适应选择最佳通信资源分配策略,提高时延约束下的负载交付成功率,同时降低空-空链路对空地下行链路的干扰并增大信道总容量。

基于粒子群优化的多无人机区域覆盖航迹规划

针对多补给点的多无人机植保作业的航迹规划问题,建立了基于Voronoi图的无人机环境信息模型及作业区域划分,提出了基于粒子群优化(PSO)的航迹规划算法,充分考虑有效作业路径、总路径、总能耗及转弯次数等4个因素,对已知区域进行全覆盖路径规划。仿真结果表明:PSO算法与传统断点续飞方式相比,在有效作业率上提升了2.55%;在总路径、总耗能、综合代价上分别降低了2.55%、3.45%、1.04%。在PSO算法下,植保无人机有效作业率更高,无效路径更短,能量消耗更低,降低了经济成本。

采用遗传算法进行区域覆盖卫星星座优化设计

区域覆盖星座的研究具有很大的现实意义。本文建立了一种比较通用的区域覆盖星座模型 ,将遗传算法用于该模型 ,建立了一整套区域覆盖星座的优化设计办法 ,算例表明了该算法的有效性。

多UAV协同区域覆盖搜索研究

针对多无人机协同区域覆盖搜索问题,为降低问题求解的复杂度,将其分解为多UAV任务区域分配和完全覆盖路径规划两个子问题,对子问题分别优化求解。建立了无人机任务执行代价模型,采用分层模糊推理求解无人机的性能评估指数,根据性能评估指数采用基于面积的区域分割方法实现多无人机搜索任务区域的分配。分析了无人机实现区域内覆盖搜索的最优路径问题,给出了在特定多边形区域下最小代价的搜索模式和搜索路径。仿真实验结果验证了所给方法的有效性。

农用小型无人机转弯掉头模式及全区域覆盖下作业路径规划与优化

【目的】具备自主飞行、航线规划与优化、精准控制与变量作业能力是农用小型无人机(Agricultural smallunmanned aerial vehicle, ASUAV)的发展方向。本研究为ASUAV在全区域覆盖下自主飞行作业前的航线拐点坐标解算、飞行航向、起降点位置以及转弯掉头模式等提供优化选择。【方法】利用基于自主恒速飞行和最小转弯半径约束的无人机转弯掉头策略,分析并设计了任意凸多边形作业区域下无人机的路径规划方法,提出了基于幅宽微变的航线归整法路径规划方案,并对结构化农田区域实现全区域覆盖条件下的路径进行了规划与优化选择。【结果】基于最优转弯掉头模式下的ASUAV全区域覆盖路径规划方法适用于任意凸多边形结构的农田区域,GUI程序在解算地头边界航线拐点坐标的同时能优化选择出效率最高的飞行作业航线。在试验田随机规划出一个面积约为2.7 hm2的不规则凸六边形田块,仿真发现当无人机沿着平行于最长边飞行作业时,其空行行程最短,约为540 m,工作效率也最高,接近90%。【结论】经过优化选择后的ASUAV掉头转弯模式、起降点位置、飞行航向以及解算后航线拐点坐标等可以实现全区域覆盖,研究结果为ASUAV自主飞行作业提供了参考。

区域覆盖星座结构与参数同时优化的进化算法

针对区域覆盖卫星星座的优化设计问题,设计了一种能同时优化星座结构和参数的进化算法。算法采用固定长度的染色体编码,由星座可能的最多轨道面数和各轨道面内最多卫星数目确定的最多变量个数决定染色体编码长度。根据个体星座的轨道面数和各轨道面卫星数的实际值确定染色体中哪些基因是冗余的,并将这些冗余的基因设为隐性,达到可变维数优化的目的,从而实现星座结构的优化。染色体采用二进制/实数混合编码的方式处理同时具有整数/连续变量的星座优化问题,二进制编码部分采用二进制的进化算子,实数编码部分采用一组星座设计专用的进化算子。在一个虚拟的区域海洋监视卫星星座优化设计中的应用显示了该算法的有效性。

一种移动自组网的区域覆盖策略

提出了一种移动自组网的区域覆盖策略,可以使用最少的移动节点在某一区域内高效、快速地部署Ad Hoc网络。组网后移动节点全覆盖该区域,使区域内任意位置可以进行自由通信。仿真实验结果表明,该覆盖策略所形成的Ad Hoc网络抗毁性较强,从而证明了该策略在实际Ad Hoc组网中的有效性和可行性。

基于蚁群算法的区域覆盖卫星星座优化设计

首先建立了以区域覆盖性能为目标的卫星星座参数优化模型,通过在连续域定义新的蚂蚁分类与转移策略改进了蚁群算法,使算法能够兼顾多目标优化时目标不兼容的情况,给出了基于该算法实现星座参数优化的框架。优化仿真实验验证了该算法的有效性,可为星座方案决策提供有力的支持。

新一代天气雷达降水估算的区域覆盖能力评估

准确分析雷达的覆盖能力是应用新一代天气雷观测数据的重要基础,本文提出依据0℃层高度和雷达波束阻挡来分析雷达降水估算有效覆盖范围的方法,并以浙江为例,客观评估了新一代天气雷达针对降水估算的区域覆盖能力。分别评估雷达网当前业务中默认的降水估算混合扫描方法和考虑地形影响的混合扫描方法的覆盖效果,结果表明:相对SA雷达230 km的降水估算半径,本地主汛期内有17%的区域因波束太高而不适宜于降水估算;而在适宜高度范围内的有效覆盖与波束阻挡直接相关;无论哪种方法,因波束阻挡产生的盲区都较小;而业务默认方法由于未处理波束阻挡,导致35%的降水低估风险区,浙江大部分地区都存在低估风险;而考虑波束阻挡后有效覆盖区达82%以上,且对全年绝大部分降水的区域覆盖效果都相当好。鉴于浙江雷达网良好的覆盖能力,提出改进的雷达降水估算混合扫描方法,即在应用波束阻挡的同时,以本地0℃层为波束高度约束,从所有仰角中提取混合扫描数据。对比分析表明,该方法不仅满足区域覆盖的要求,而且估算的降水空间分布与地面观测实况的一致性最好。

遥感卫星区域覆盖实时分析与可视化

空间对地观测需求的增长和任务的多样性导致卫星区域覆盖分析变得越来越复杂。当前的遥感卫星区域覆盖算法与应用无法提供实时响应和应对高并发请求的在线服务,并且分析结果不能做到实时可视化,增加了数据的认知难度。针对于此,本文结合流式处理技术,提出一种高效的遥感卫星区域覆盖实时分析方法与可视化服务。首先,采用一种多模式判断策略,实现遥感卫星区域覆盖相关参数的高效计算;然后,对持续流入的数据进行实时分块,实现数据实时处理;最后,结合流式处理技术,提供实时响应和可视化的在线服务。利用多星多地面区域数据进行试验验证,结果表明,本文方法在保证传感器任意指向下遥感卫星区域覆盖参数计算精度的同时,效率得到较大提升,并且能够及时高效地通过数据流的方式,实现分析结果的实时可视化。

无人机扫描线区域覆盖中的转弯航迹规划

针对无人机采用扫描线实现区域覆盖的方式中,未充分考虑无人机最小转弯半径的问题,提出了两种可行的转弯方式,即Ω形转弯和α形转弯,并对两种方式的转弯时机、半径和航迹进行了分析计算。理论分析证明:对于同一转弯方式,无人机的转弯半径越小则规划航迹越短;在相同条件下,无人机执行Ω形转弯的路径要少于α形转弯的路径。实例分析表明:当无人机最小转弯半径小于扫描线间隔的一半时,Ω形转弯优于常规半圆转弯方式,且无人机最小半径越小,Ω形转弯的路径越短;当最小转弯半径大于扫描线宽度的一半时,常规半圆转弯方式已不能满足需要,而Ω形转弯仍然有效。

卫星星座的相对几何和区域覆盖重复周期

研究了在设计δ星座或者由几个δ星座的某些卫星构成的星座时经常需要考虑的三个问题 :任意两颗卫星是否在同一条星下点轨迹上 ,同一条星下点轨迹上的卫星通过某一区域的相对顺序和星座对某特定区域或地点覆盖重复周期的计算。首先对δ星座中卫星之间的相对几何关系做了详细的分析 ,给出了第一个问题的判断准则 ,并进一步导出了位于同一条星下点轨迹上的卫星通过某一指定地区的相对顺序以及相应的时间间隔的计算方法。在解决前两个问题的基础上 ,针对由一个或几个δ星座 (或子星座 )构成的设计星座 ,给出了计算其区域覆盖重复周期的方法。

区域覆盖混合星座设计

针对我国邻海海上运动目标探测的需求,提出一种由多种类型卫星构成的区域覆盖混合星座系统方案。选择了合适的轨道类型,利用轨道动力学特性保持不同高度卫星构成的星座的构形;提出了星座配置方案,确定了不同类型卫星的协同工作方式和顺序等;在此基础上给出了轨道设计方法。最后设计了一个由海洋监视卫星簇、光学成像卫星和SAR卫星组成的星座。仿真表明,该星座能够实现预定的设计目标,保持一定的空间和时间关系对给定地区进行一定时间间隔的重访。

基于延迟唤醒的无线传感器网络的分布式区域覆盖算法

针对现有无线传感器网络中分布式区域覆盖算法中存在覆盖空洞现象、连通性和蚕食现象等问题,提出了一个保证区域全覆盖与网络全连通的临界条件,在此基础上,提出了一个基于延迟唤醒的分布式区域覆盖算法.该算法采用分轮机制,因此不需要预先了解网络的整体拓扑结构;基于延迟唤醒的活跃节点集选择机制在保证区域全覆盖、避免出现覆盖空洞现象的同时,减少了蚕食现象的发生.仿真实验表明,与现有分布式覆盖算法相比,该算法可在满足用户区域覆盖感知需求的基础上延长网络的生命周期.

基于感知距离调节的无线传感器网络节能区域覆盖

传感器节点能够感知的物理世界的最远距离称为节点的感知距离。该文研究了基于节点感知距离调节的无线传感器网络节能区域覆盖方案,该方案通过设定合理的节点感知距离,使得传感器网络在满足区域覆盖要求的同时,能量消耗最低。首先将区域覆盖性能和网络能量消耗模化成网络节点感知距离的函数,然后将节能覆盖问题模化成带约束条件的优化问题,最后给出了基于网络区域划分的优化模型求解方法。仿真结果表明,与传统覆盖方案比较,所提方案在满足覆盖要求的同时,有效降低了网络能量消耗。

基于改进的NSGA-Ⅱ算法的区域覆盖卫星星座优化

对基于Pareto最优概念的非劣性分层遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了改进,与区域覆盖卫星星座的多目标优化设计相结合,提出基于改进的NSGA-Ⅱ算法的区域覆盖卫星星座优化设计方法,并利用多属性决策中的字典序法,根据目标的重要程度,在得到的Pareto解中进行选择.最后,利用STK和Mat1ab工具对遥感卫星星座进行了仿真,仿真结果表明该算法可以找到多个Pareto解,避免了传统的多目标优化求解方法的权值选择问题,并且比简单遗传算法具有更好的灵活性,从而解决了多目标优化的星座设计问题.