固定翼无人机的直线路径跟随控制及其应用

摘要

在过去的几十年里，无人机技术在国内外被广泛研究，不仅在军事领域方面具有很大的应用前景，而且现在也经常在民事和商业应用中有所涉及。对于无人机的一些特殊应用，比如地图绘制、巡逻监视和搜寻解救等，这些任务的实现需要使无人机跟随到一条给定的路径，这就是路径跟随问题。如何更迅速、更有效地收敛到待跟踪路径是无人机路径跟随研究的主要目的。另外，随着计算机和微电子技术的迅猛发展，无人机已经具有更先进的功能，不仅具有车载传感器、控制器和处理器，还有存储和联网通讯能力。将无人机应用于无线传感器网络中收集数据近年来得到很大的关注，而且研究表明移动节点的加入能够解决网络中节点存在的能耗不均衡现象，而且可以保证网络的连通性。
　　本文主要研究无人机对于给定的固定高度直线路径的跟随控制问题，并考虑将其应用到一类线型无线传感器网络中，用于节点数据的收集和传输，减少节点由于多跳传输产生的能量消耗。论文主要研究内容如下:
　　(1)第二章研究无人机的直线路径跟随控制：在无人机二维平面运动学模型下，考虑无人机对于固定高度的直线路径跟随问题。本章主要基于向量场的思想，利用视线导引法计算得到无人机到给定直线路径的一个理想的航向角向量场，并根据李雅普诺夫稳定性设计航向角输入命令控制器。最后，通过仿真实验证明所提方法的有效性和实用性。
　　(2)第三章考虑将无人机应用到线型无线传感器网络中：利用无人机作为移动数据收集器，在线型无线传感器网络中沿直线移动进行数据的收集并转发给sink节点。在所考虑的模型中，传感器节点为线型均匀分布，每隔相同的距离部署一个中继节点，且两个相邻的中继节点之间并不需要形成连通的网络即部署的距离大于中继节点的通讯范围。研究在保证节点信息满足最大传输延迟限制的情况下，考虑在不同sink节点距离下无人机沿直线飞行速度对数据传输延迟的影响。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景、目的意义及国内外研究现状

§1.2 国内外研究现状

§1.3 本文主要研究内容

§1.4 论文的组织结构

第二章 固定翼无人机的直线路径跟随控制

§2.1 问题描述

§2.2 控制器设计

§2.3 仿真结果

§2.4 本章小结

第三章 无人机在无线传感器网络中用于数据收集

§3.1 应用背景

§3.2 模型描述

§3.3 数据通信

§3.4 仿真结果

§3.5 本章小结

第四章 总结与展望

§4.1 总结

§4.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

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