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摘 要
Abstract
目 录
第1 章 绪 论
1.1 研究背景与意义
1.2 多无人机编队飞行关键技术
1.3 多无人机编队飞行研究现状
1.3.1 编队队形设计与气动干扰研究现状
1.3.2 编队路径规划研究现状
1.3.3 编队控制研究现状
1.3.4 编队重构与编队任务分配研究现状
1.4 论文主要研究内容与章节安排
第2 章 无人机编队系统模型与运动学约束
2.1 概述
2.2 坐标系及其转换关系
2.2.1 坐标系
2.2.2 各坐标系间转换关系
2.3 单机运动模型
2.3.1 质心动力学方程
2.3.2 绕质心转动动力学方程
2.3.3 质心运动学方程
2.3.4 关于a a a ? ,? ,? 的状态方程
2.3.5 绕质心转动运动学方程
2.3.6 空气动力学模型
2.3.7 发动机推力模型
2.4 编队相对运动模型
2.5 编队运动学约束
2.5.1 UAV 飞行路径的运动学约束
2.5.2 编队运动学约束
2.6 小结
第3 章 无人机编队集结路径规划
3.1 概述
3.2 问题描述
3.3 PH 曲线路径
3.3.1 平面PH 曲线求解
3.3.2 空间PH 曲线求解
3.4 基于合作型协同粒子群算法的多UAV 编队集结路径规划
3.4.1 标准粒子群算法概述
3.4.2 合作型协同粒子群算法（CCPSO）设计
3.5 仿真实验与结果分析
3.5.1 二维平面内的UAV 协同编队集结路径规划
3.5.2 三维空间内的UAV 协同编队集结路径规划
3.6 小结
第4 章 编队保持固定队形飞行时的参考路径规划
4.1 概述
4.2 问题描述
4.3 基于Delaunay 图的编队保持路径规划
4.3.1 Delaunay 图基础
4.3.2 基于Delaunay 图法的路径规划
4.3.3 路径优化
4.4 仿真实验与结果分析
4.4.1 二维环境下的编队保持路径规划
4.4.2 三维环境下的编队保持路径规划
4.5 小结
第5 章 无人机编队大机动时的队形保持控制
5.1 概述
5.2 系统模型简化
5.2.1 无人机单机模型简化
5.2.2 编队平面相对运动模型
5.2.3 编队参考轨迹及虚拟点运动方程
5.3 控制器设计
5.3.1 队形保持器
5.3.2 含队形反馈的虚拟点NMPC 跟踪器
5.4 仿真实验与结果分析
5.4.1 队形保持器稳定性验证
5.4.2 编队大机动时队形反馈的有效性验证
5.5 小结
第6 章 动态环境下多无人机编队自主队形保持控制
6.1 概述
6.2 问题描述
6.3 编队系统模型简化
6.4 分布式NMPC 编队控制器设计
6.4.1 编队控制的NMPC 求解框架
6.4.2 参考状态向量的推导
6.4.3 突发威胁体规避
6.4.4 无人机之间的互碰规避
6.4.5 分布式NMPC 编队控制器算法描述
6.5 仿真实验与结果分析
6.5.1 分布式NMPC 编队控制器稳定性验证
6.5.2 突发障碍物环境下编队避障及避碰策略有效性验证
6.6 小结
第7 章 基于人在回路的编队队形快速重构
7.1 概述
7.2 问题描述与任务想定
7.3 模型简化
7.3.1 战场威胁模型简化
7.3.2 无人机简化运动模型
7.3.3 编队期望队形
7.4 人在回路编队重构求解方法
7.4.1 虚拟点状态预测
7.4.2 孔位分配
7.4.3 雷达分组与期望孔位计算
7.4.4 无人机期望状态计算
7.4.5 雷达威胁惩罚代价
7.5 仿真实验与结果分析
7.5.1 孔位分配与雷达分组算法的实时性验证
7.5.2 编队飞行通道变更时的队形缩放
7.5.3 无人机故障或任务变更下的队形切换
7.5.4 突发多雷达威胁源下的编队自主重构
7.6 小结
第8 章 基于人在回路的群集无人机多编队任务重分配
8.1 概述
8.2 问题描述与求解框架
8.2.1 离线任务分配
8.2.2 在线任务重分配
8.3 无人机多编队任务分配与重分配算法
8.3.1 基于ILP 的离线任务分配算法
8.3.2 基于改进CBAA 的在线任务重分配算法
8.4 仿真实验与结果分析
8.4.1 多编队离线任务分配
8.4.2 多编队在线任务重分配
8.5 小结
第9 章 总结与展望
9.1 论文工作总结与创新点
9.2 进一步研究方向
参考文献
致 谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
