基于改进人工鱼群算法无人机航迹规划研究

摘要

当今世界，无人机得到了越来越广泛的应用。在军事方面，无人机的使用能够降低战斗中的伤亡，提升人力的效率和飞行器的性能。在民用方面，无人机的使用能够克服地理条件的限制，降低工作的成本以完成货物的运输、空中拍摄等任务。我国是世界上军事和经济的大国，所以无论是军用还是民用领域都对无人机有较大的需求。无人机任务规划中的重要部分就是无人机的航迹规划，应用于无人机航迹规划的算法有很多种，然而每种算法都有自己的优点和缺点，优秀的航迹规划算法能够帮助无人机快速地自动找到符合要求的最短航迹，因此研究并提出一种性能优秀的航迹规划算法具有广阔的应用价值和实际意义。
　　本文主要对无人机航迹规划的算法进行了研究，其中针对使用基于网格划分策略的改进人工鱼群算法计算无人机路径规划问题中寻优精度与算法计算量的矛盾，提出一种改进人工鱼群算法,并将该算法应用于无人机航迹规划问题中，对其进行了软件仿真。主要从以下方面对课题进行了研究。
　　首先明确了航迹规划的工作目的和描述航迹规划问题的建模方法，回顾了前人已经提出的各种应用于航迹规划问题的算法。其次介绍了基本人工鱼群算法中的主要概念，对人工鱼的行为进行了描述，并阐述了算法的执行步骤和寻优原理。分析了算法中各个主要参数对人工鱼群算法的性能的影响，为算法的改进提供了理论依据。随后总结了当前主要的人工鱼群算法改进策略，详细介绍了基于网格划分策略的改进人工鱼群算法，根据该算法的特点，提出一种改进人工鱼群算法,该算法引入自适应步长和执行概率自适应分段网格遍历策略。算法前期用较大步长全局搜索较优路径，后期用较小步长及网格分段遍历策略在较优解附近进行局部遍历得到更精确最优解。最后将提出的改进鱼群算法应用于无人机航迹规划问题中，在MATLAB仿真环境下建立了航迹规划任务的模型，分别使用包括所提改进人工鱼群算法在内的三种算法进行寻优，通过软件仿真结果数据的对比分析，表明所提改进人工鱼群算法比原始鱼群算法和自适应步长人工鱼群算法结果更精确、稳定，较基于简单网格划分策略的人工鱼群算法计算量更小。

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第一章 绪论

1.1 课题研究目的和意义

1.2 航迹规划系统的研究现状

1.3 论文主要研究内容及章节安排

第二章 无人机航迹规划问题研究

2.1 无人机航迹规划的约束

2.2无人机航迹规划建模

2.3常用的航迹规划算法

2.4本章小结

第三章 人工鱼群算法研究

3.1人工鱼群模式

3.2人工鱼群算法描述

3.3 人工鱼群算法收敛的基础

3.4 人工鱼群算法参数分析

3.5 本章小结

第四章 改进人工鱼群算法的研究

4.1 基本人工鱼群算法的改进方法

4.2 基于网格划分策略的改进人工鱼群算法

4.3基于局部分段网格遍历策略的改进鱼群算法

4.4本章小结

第五章 航迹规划仿真与结果分析

5.1 航迹规划威胁建模

5.2 航迹规划问题描述与建模

5.3 仿真结果对比分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢

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