基于和声禁忌搜索算法的无人机航迹规划

摘要

无人机的航迹规划是指在特定约束条件下，寻找满足无人机机动性能及战场环境信息限制的，从起始点到目标点的最优飞行轨迹，它是无人机任务规划系统的关键技术，是确保无人机提高飞行器的作战效能，圆满完成侦察任务，实施远程精确打击的有效手段，也是无人机实现自主飞行技术的保障。
　　 论文首先介绍了航迹规划的研究背景和意义，并对飞行器航迹规划需考虑的问题及当前的研究现状作了综述。针对无人机航迹规划对数字地图的要求，研究了航空数字地图的特点，采用函数法，实现了地形模拟算法，威胁山峰模拟算法，以及等效地形的融合算法的仿真。同时分析了飞行器的安全飞行因素和各种约束条件，对战场规划环境和评价体系进行建模，并提出航迹平滑算法，使得生成的航迹更加平滑，符合实际飞行要求。
　　 针对无人机航迹规划的特点，本文采用了一种应用于航迹规划问题的和声禁忌搜索优化算法。和声搜索优化算法(Harmony Search Algorithm, HS)是一种智能优化算法。它收敛速度快、计算简单。针对基本和声搜索算法易于陷入局部最优点的缺点，本文将基本和声搜索算法与禁忌搜索算法相结合，提出了和声禁忌搜索算法，对新解进行局部搜索，使算法摆脱易于陷入局部最优点的束缚，同时提高了收敛速度。应用于经典测试函数时，和声禁忌搜索算法的全局收敛性能及收敛精度较基本和声搜索算法、模拟退火算法和粒子群算法有了明显的提高。
　　 最后利用Matlab作为开发工具，将和声禁忌搜索算法应用与航迹规划中，对给定的两种战场环境进行模拟仿真，在满足各种约束条件的情况下以航线最短为目标，取得了令人满意的效果。并与蚁群算法，粒子群算法应用于无人机航迹规划的方法进行比较，结果表明和声禁忌搜索算法能有效应用于航迹规划，证明了和声禁忌搜索算法在解决航迹规划问题上的发展前景。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 无人机简介

1.2 无人机航迹规划

1.2.1 无人机航迹规划系统研究概况

1.2.2 无人机航迹规划研究内容及方法

1.2.3 无人机航迹规划所存在的问题

1.3 论文的主要工作

第2章 无人机航迹规划环境建模

2.1 无人机航迹规划建模

2.1.1 地形和敌情信息的获取与处理

2.1.2 规划环境中的威胁因素

2.1.3 航迹的分层规划

2.2 数字地图技术

2.2.1 数字地图技术概述

2.2.2 数字高程模型

2.3 航迹规划的数字地图模拟及仿真

2.3.1 原始数字地形模拟算法

2.3.2 地形山峰模拟算法

2.3.3 等效数字地形

2.4 小结

第3章 和声搜索优化算法与改进

3.1 最优化问题的研究概况

3.1.1 问题描述

3.1.2 现有优化算法及分类

3.2 和声搜索优化算法概述

3.2.1 算法基本原理

3.2.2 和声搜索算法求解优化问题步骤

3.3 和声搜索算法的改进

3.3.1 和声禁忌搜索算法

3.3.2 算例仿真

3.4 小结

第4章 基于和声禁忌搜索算法的无人航迹规划

4.1 路线优化问题的数学描述

4.1.1 数学模型

4.1.2 航迹的表示

4.1.3 规划空间建模

4.2 基本约束条件

4.3 飞行评价函数

4.4 基于和声禁忌搜索算法的航迹规划

4.4.1 和声记忆库的初始化

4.4.2 航迹评价

4.4.3 产生新解向量

4.4.4 航迹平滑

4.4.5 基于和声禁忌搜索算法的航迹规划流程

4.5 仿真结果

4.6 与其它航迹规划算法的比较

4.6.1 基于蚁群算法的航迹规划

4.6.2 基于粒子群算法的航迹规划

4.7 小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文