基于改进PSO的无人机精细化自主巡检航迹布设优化

提出基于改进PSO的无人机精细化自主巡检航迹布设优化。结合波束法测量地面像控点坐标,通过结构矩阵描述平面误差细化值,完成像控点的布设。采用改进PSO算法计算航迹子路径的变更代价,得到新的路径点,由此实现无人机精细化自主巡检航迹布设优化。实验结果表明,所提方法的无人机精细化自主巡检航迹布设时间仅为39.4 min,说明所提方法能够有效提高无人机精细化自主巡检航迹布设效率,精细化自主巡检航迹布设优化效果更好。

OFDM-UAV中继广播通信系统航迹优化方法

为了提高无人机中继广播通信系统的性能,针对频率选择性衰落信道,考虑基站到无人机以及无人机到用户的全通信链路,提出了基于正交频分复用(OFDM)技术的无人机中继广播通信系统航迹优化方法。首先提出了基于OFDM的无人机中继广播通信传输模型,对单用户节点中断概率和系统平均中断概率进行理论分析并给出近似计算公式;然后以平均中断概率最小化和最大用户中断概率最小化为优化准则,提出无人机的航迹优化方法并分析了各因素对系统中断性能的影响;最后通过计算机仿真,证明了所提航迹优化方法正确有效。研究表明:在多径信道下,基于OFDM的无人机中继广播通信系统能有效克服频率选择性衰落,且译码转发方式下的连通性优于放大转发方式;基于平均中断概率最小化准则得到的系统中断性能优于最大用户中断概率最小化准则。

禁飞区约束的CSTBC无人机中继通信系统航迹优化

中继无人机的飞行路径对无人机中继通信系统的链路传输可靠性具有重要影响。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出协作空时分组编码(CSTBC)无人机中继通信方案,并以链路中断概率最小化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方法;理论分析给出系统遍历容量和分集增益;为保障中继无人机飞行安全,并获取信道的分集增益,提出无人机禁飞区规避方法。结果表明:协作空时分组编码无人机中继通信系统可充分获取信道的分集增益,改善无人机中继通信系统链路传输的可靠性。

灾害应急通信自组网与航迹优化研究

针对灾害场景下的应急通信网络恢复问题,提出一种分布式无人机部署方法,旨在利用无人机在通信网络受损的灾区建立多跳自组织网络,为该地区提供应急通信服务。首先,定义了无人机自组网约束函数、三维空间搜索方向约束函数和障碍物约束函数,将无人机辅助的多跳自组织网络问题抽象为基于规则法的目标函数;其次,改进了惯性权重和学习因子来提高粒子群算法的全局搜索效率和准确性,并设计多跳自组织网络无人机部署算法,以保证无人机能够以最优的航迹进行自组织网络部署;最后,通过计算目标函数进行无人机部署,并绘制无人机的三维部署航迹图。设计仿真样例对基于规则法的多跳自组织网络无人机部署方法进行验证,仿真结果证明了该方法的有效性。

基于RRT-Dubins的无人机航迹优化方法

针对多障碍物环境下考虑无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)始末位姿、转弯半径和航迹长度的1阶光滑约束的UAV航迹规划问题,提出一种基于快速搜索随机树(Rapidly-exploring Random Trees,RRT)算法和Dubins曲线以局部最优逼近全局最优的UAV航迹优化方法。利用RRT算法和基于贪心算法的剪枝优化方法,在二维任务空间中规划出满足避障要求的可行离散航路点。采用多条Dubins曲线平滑连接航路点,根据UAV始末位姿确定首尾曲线端点,基于UAV性能、障碍物和飞行参数的约束关系,建立多约束的航迹优化数学模型。通过粒子群优化算法确定曲线类型,同时优化曲线连接处位姿和曲线半径,获得最短航迹。仿真结果表明:所提方法得到的航迹与其他方法相比,在不同障碍物数量和始末位姿的多种场景中,平均长度缩短了11.48%,在避开障碍物的同时,满足UAV动力学约束。

基于自适应郊狼算法的四旋翼无人机编队航迹优化方法

四旋翼无人机编队需要在飞行过程中执行多项任务,而这些任务对编队航迹有不同的要求,导致编队需要花费更长的时间进行飞行,从而影响四旋翼无人机的运行寿命。本文提出了基于自适应郊狼算法的四旋翼无人机编队航迹优化方法。建立双坐标轴,分析四旋翼无人机编队受力情况,计算其姿态角度,构建四旋翼无人机编队运动学模型。根据四旋翼无人机编队的状态变量,设置约束条件。使用危险区对四旋翼无人机的排斥力函数,规划四旋翼无人机编队路径。采用自适应郊狼算法,减少四旋翼无人机编队的期望距离与实际距离之间的误差,实现四旋翼无人机编队航迹优化。实验结果表明,本文方法在优化后,无人机飞行时间平均为8 s,能够有效提高飞行效率,优化效果更好。

灾害应急通信自组网与航迹优化研究

灾害应急通信自组网与航迹优化是提高灾害响应的效率和有效性的关键技术。在水利灾害等极端情况下,传统的通信基础设施遭到破坏,因此,自组网技术成为确保通信不中断的可靠选择。通过实施航迹优化策略,特别是利用无人机等移动节点,可以在必要的区域内快速恢复或建立通信能力。此外,采用先进的算法如遗传算法和粒子群算法能进一步增强网络设计的效率和覆盖能力。本文旨在通过综合分析和模拟仿真,展示这些技术在实际应用中的效果与潜力。

共信道干扰环境下中继无人机的航迹优化方法

为克服共信道干扰恶化无人机中继通信系统链路传输可靠性的问题,提出了中继无人机的航迹优化方法。首先,建立了点对点无人机中继通信系统模型,以基站节点解调器输入信干噪比(SINR,signal-to-interference-plus-noise ratio)最大化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方法,并通过粒子群优化算法获得中继无人机的最佳飞行航迹;随后,理论分析给出了无人机中继通信系统的链路中断概率和遍历容量;最后,仿真验证了所提出航迹优化方法的正确性。研究表明:所提方法可克服共信道干扰的影响,提高系统链路传输可靠性。

多旋翼无人机围绕杆塔精细化自主巡检航迹的优化技术

多旋翼无人机是一种新型的巡检专用设备,通过可见光、红外等搭载技术实现对线路杆塔的深层次检查,为了提高其巡检质量与效率,需要推广应用无人机的自主巡检技术,因此本文重点研究多旋翼无人机围绕杆塔精细化自主巡检航迹的优化技术,从航行过程航点处理、拍摄过程航点处理、航迹稳定性处理、航迹避免碰撞校验等方面展开详细分析,并基于杆塔实例进行验证,以期为类似项目提供有效参考。

无人机级联中继广播通信系统航迹优化方法

无人机航迹优化是提高无人机中继通信系统性能的重要方式之一。针对无人机级联中继广播通信系统,研究其在译码转发协议下的航迹优化方法。分析给出了无人机和用户的信噪比表达式,在此基础上提出了基于最大用户中断概率最小化准则的级联无人机航迹联合优化方法和分步优化方法,研究了2种航迹优化方法下系统链路的传输性能,给出了系统遍历容量和单个用户中断概率的数学表达式。通过计算机仿真分析验证了系统特征参数对级联中继无人机最优航迹和系统性能的影响。仿真结果表明:所提2种航迹优化方法性能基本一致,验证了航迹优化准则的有效性。

DF-UAV中继广播通信系统航迹优化方法

无人机中继通信系统可以为用户提供高质量服务和多种业务辅助,而无人机航迹优化是无人机中继通信系统面临的关键技术问题之一。针对译码转发协议下的无人机中继广播通信系统,研究其航迹优化方法以提高系统链路传输性能。首先,建立了无人机中继通信系统模型,分析给出单用户链路中断概率和系统平均中断概率计算公式,在此基础上提出基于最大用户中断概率最小化准则的中继无人机航迹优化方法,并理论推导出系统的遍历容量精确数学表达式;接着通过计算机仿真分析验证了服务区域半径、最大转弯角、路径损耗因子、发射功率等系统特征参数对中继无人机最优航迹、系统中断性能和系统容量性能的影响,同时对比了相同的优化准则下两种中继转发协议的系统中断性能和容量性能。仿真实验表明,与放大转发协议相比,译码转发协议下的中断性能和容量性能均有明显提升,从而验证了所提航迹优化准则的有效性。

面向区域搜索的机载组网雷达航迹优化方法

合理规划网络化机载雷达的运动航迹,能够减小其重复搜索区域,提升区域搜索效率。针对战场侦察需求,提出了一种面向区域搜索的机载组网雷达航迹优化方法,以期在给定的时间内完成更大范围的侦察搜索。结合雷达方程表征了单平台搜索范围,并基于栅格化思路计算了多雷达区域覆盖函数。以最大化搜索覆盖函数为目标,结合各节点运动约束,构建了航迹优化模型,并利用智能化方法对其进行求解。仿真结果显示,所提出方法能在给定的时间内获取更高的搜索覆盖率。

基于GA-SA算法的无人机巡检输电铁塔三维航迹优化

无人机巡检输电铁塔本体和金具、绝缘子等附属部件的航迹优化属于典型的旅行商问题。由于巡检对象的结构复杂、巡检部件多,采用单一的启发式算法会造成航迹重叠、容易陷入局部最优解等问题。为此,考虑无人机航迹三维空间结构的特点,引入全局搜索能力强的遗传算法(genetic algorithm, GA)与局部收敛速度快的模拟退火算法(simulated annealing, SA)相结合的无人机三维航迹混合GA-SA寻优算法。以无人机巡检500 kV超高压交流双回鼓型塔为例,根据三维有限元仿真得到的无人机电磁防护安全距离为2 m,结合巡检对象及常见缺陷出现的位置确定了61个高空安全悬停点,分别采用GA、SA和混合GA-SA算法对无人机遍历高空安全悬停点的航迹进行优化。结果表明:混合GA-SA算法的迭代收敛次数相比GA和SA分别减小了45.6%与55.2%,最优航迹距离分别缩短了8.1%与8.9%,验证了所提方法的有效性。

领航主机约束化的多四旋翼无人机编队航迹优化方法

针对多四旋翼无人机编队队形保持不变情况下的航迹优化问题,在飞行过程中以图论方法为基础将四旋翼无人机编队看作一个虚拟刚体,将编队中的跟随无人机看作领航四旋翼无人机的约束来处理,优化过程中仅考虑领航四旋翼无人机的最大转弯半径约束、队形变换时间约束及转换而来的约束,并将编队飞行所需能量最小作为优化目标,求解多四旋翼无人机编队定时到达目标的航迹优化问题,然后基于Gauss伪谱法对领航四旋翼无人机进行航迹优化,将其转化成一个非线性规划问题。仿真结果表明,利用本文提出的算法可以获得一条平滑飞行航迹,满足定时到达目的地约束、多无人机性能约束和环境约束要求;所获得的航迹能安全绕过障碍物,提高了无人机编队的生存能力,有一定的工程应用价值。

一种基于遗传算法的航迹优化方法

目的设计优化一类巡航导弹航迹,且航迹满足避开地空导弹、高炮、歼击机群、电磁脉冲等火力单元和地形地物障碍,并且满足航迹路径长度短、耗油量少等约束条件。方法利用遗传算法进行优化,对遗传算法的交叉操作进行改进。结果提出了一种巡航导弹航迹优化算法和一个航迹规划代价评判模型。结论经仿真实验证明该方法典型性强,处理的信息量小,实时性也较好, 具有一定的理论和使用价值。

地形跟踪/地形回避飞行器航迹优化

提出了一种新的地形跟踪 /地形回避 ( TF/TA)飞行器航迹优化方法 ,该方法将地形、威胁和障碍综合在一起用特定的地形模型来描述 ,并通过将地形模型与飞行器运动方程有机结合 ,使有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题。最后利用极大值原理给出了航迹优化算法 。

多机协同的组网雷达欺骗干扰航迹优化

针对组网雷达抗欺骗干扰能力强的特点,分析了三维空间利用多机协同对组网雷达进行航迹欺骗的可行性。首先从几何关系上分析了飞行器完成欺骗干扰的运动条件,并提出了优化干扰航迹的数学模型。利用该模型可以提高假航迹的干扰成功概率并且使干扰机飞行过程推力最小化,最后通过仿真实验证明了优化模型的可行性。

无人机中继广播通信系统航迹优化方法

为了提高固定翼无人机中继广播通信系统链路传输的连通性,提出中继无人机航迹优化方法.首先分析了无人机中继广播通信系统单用户节点的中断概率近似计算公式,并以此为基础推导出了服务区域内所有用户节点平均中断概率的近似计算公式;然后基于服务区域内用户节点平均中断概率最小化准则提出了中继无人机的航迹优化方法,并进一步给出了最优航迹下单个用户节点的精确中断概率计算公式;最后通过计算机仿真验证了所提出方法的有效性.

动态滑翔运动建模、机理分析与航迹优化

信天翁凭借动态滑翔的飞行技巧从梯度风中获取能量,从而在几乎不拍翅膀的情况下进行长时间、长距离飞行,这种技巧应用于小型无人机上可拓展其完成任务的能力。基于飞行器动力学对梯度风场中的无人机运动方程进行推导和简化处理;利用简化的运动方程,分别从非惯性参考系中的动能定理和机械能变化的角度,对动态滑翔获取能量的机理进行分析;利用微分平坦法,以最小平均控制输入变化率为目标函数,对徘徊模式和平移模式的动态滑翔航迹进行优化计算。分析结果表明:逆风爬升、顺风下滑是动态滑翔基本获能方式。优化结果表明:控制输入变得更加平滑,甚至出现阶段性的常值,使得控制更加简化;徘徊模式下,当风梯度作为决策变量时,优化过程可在[0,0.5 s-1]的区间上找到使得目标函数值最小的风梯度;平移模式下,目标函数值在该区间上单调递减。

飞行器低空突防威胁建模与航迹优化算法

提出了一种飞行器在给定地形和威胁分布的威胁场进行低空突防的航迹优化算法。该方法首先对地形的高程栅格数据进行了图形简化预处理,将各种威胁叠加到地形图上,构成一个包含各种威胁的特定威胁场,再对其建立合理的有向图数学建模,用Dijkstra最短路算法进行航迹优化。航迹优化的过程中考虑了飞行器的过载限制,使优化航迹能够较好地满足飞行器各项性能指标及任务规划的要求,仿真结果显示,该算法简单快速,能很好地进行地形、威胁、障碍物的回避。