下一代浅海低空监控系统中的无人机应用场景分析

在海洋监控方面,由于航空飞行器的限制,浅海低空监控领域一直处于空白状态。随着无人机技术的快速发展,无人机逐渐在浅海低空监控领域发挥着越来越重要的作用。本文研究无人机航迹数学模型及约束条件,提出基于遗传算法及模拟退火算法的航迹规划算法。     

搜索算法在无人艇航迹规划中的应用

[目的]为了更加有效地利用无人艇(USV)执行复杂的海洋作业,需要可靠的航迹规划算法.针对现有路径规划算法研究,提出一种基于2D扫描思想的搜索扫描算法.[方法]首先,建立环境空间模型,在起点与终点之间存在障碍物的前提下,通过起点360°扫描获取周围障碍物信息,并确定子节点.然后,通过确定代价函数获取子节点,不断扫描最优...     

基于改进型A*-蚁群混合算法的USV航迹规划

针对高密度复杂环境下的无人水面航行器(USV)航迹规划问题,将A*算法和蚁群算法相结合,提出一种改进型A*-蚁群混合算法。本算法结合A*算法在低密度环境区域航路规划的优势性,同时,当遇到高密度环境区域时引入蚁群算法提高局部规划能力,在传统蚁群算法基础上,改进了信息素的更新模型,增强了可行路径中最优路径的信息浓度,减弱了最差路径的信息浓度,并通过调整信息素浓度总和比例,增强算法的寻优能力。该方法能够有效地平衡全局和局部规划,提高在复杂环境下的USV航迹规划能力。通过仿真,验证了在复杂环境下该算法的有效性和优越性。     

基于改进RRT~*算法的无人艇全局避障规划

在水面无人艇全局避障规划领域,RRT~*算法及其改进方法规划的路径长度过长、转折过多,并且规划路径紧靠障碍物,不利于水面无人艇的安全行驶。针对此问题,本文提出一种新的基于线段定理和RRT~*算法(Line segment theorem-RRT~*)的LT-RRT~*算法。该算法对环境地图进行预处理,标示出障碍物周围危险区域,为无人艇与障碍物之间留出安全距离。再根据终点采样概率选取采样点,改善RRT~*算法由于全局采样引起的路径不稳定性。最后根据线段定理重新选取新节点和附近节点的父节点,跳过中间节点连接树节点,减少路径折点,最终生成相对平滑的避障路径。在相同环境下,将改进算法与现有算法避障规划效果进行比较分析,结果表明了LTRRT~*算法的有效性。     

基于人工智能技术的船舶航迹点生成算法

利用栅格法构建海洋环境数据模型作为船舶航迹点生成的模拟图.在此基础上将航行距离最短与航行障碍物最少作为目标构建船舶航迹点生成数学模型,使用自适应交叉概率与变异概率优化鱼群算法,使用优化后的鱼群算法确定船舶航迹点生成数学模型的最终解,获取最佳船舶航迹点.经过试验分析,该算法能够准确生成船舶航迹点,与同类算法相比具有明显优...     

基于改进RRT算法的无人艇编队路径规划技术

[目的]为了解决无人艇编队在智能航行时全局路径规划与局部自主避碰问题,提出基于改进快速搜索随机树(RRT)算法的无人艇编队路径规划技术。[方法]针对无人艇编队形状稳定问题,在RRT算法扩展环节提出一种非严格保形修正向量与非严格保形控制圆区域,使搜索树有朝着严格保形坐标点生长的趋势;针对突发障碍物与非严格保形规划点碰撞问题,在RRT算法碰撞检测环节提出可调节避碰圆区域与障碍物修正向量,使无人艇安全避碰并最大程度地保持队形稳定。[结果]结果显示,无人艇编队在该算法作用下表现出了良好的保形性能,并能对突发障碍物进行有效的避碰。[结论]该算法效能高、稳定性强、路径规划质量高,在实际工程应用中具有重要的意义。     

无人机任务规划方法研究

进行无人机任务规划是为了更好地实现无人机作战效能，总体来说，无人机任务规划主要是找出一条最优飞行航线，最大限度地发挥无人机的作用。通过分析任务规划的基本流程，提出基于地形分析的航线规划算法，并且结合任务特点，进行航线规划方法研究，着重考虑了地图的选用，地图信息的标绘和航线调整的时机与方法，丰富了任务规划的内容，提高了任务规划的实践指导性。     

改进型BINN算法应用在无人船优先区域覆盖路径规划的研究

对于无人船在复杂海域执行的全区域覆盖任务,用原生物激励神经网络算法规划的路径欠佳,为此提出以下改进措施:为解决两个方向上的活性值相同而导致下一位置决策困难的问题,提出新的最优点决策公式;为解决障碍物毗邻区和海图边界区域活性值较低而导致无法完全覆盖的问题,重新定义生物激励神经网络模型中的输入激励。同时,通过在神经元输入中加入高激励选项,有效地实现了对区域的优先覆盖。仿真结果表明,提出的改进型算法无论在静态还是在动态海况下,都有很好的适应性,可实现对任务海域的100%覆盖,且能有效规避障碍物和快速脱离死区。     

基于动态油耗模型的节能航迹规划

针对某案例船的实时能耗数据库，从航迹角度分析了能耗特性并设计了一种节能航迹规划方法。首先，采用栅格法构建了海域模型，根据环境参数与船舶性能参数对船舶油耗的影响，拟合了船舶油耗模型，并植入到海域栅格模型中；进而采用里程蚁和能耗蚁协同规划机制，设计了一种双蚁群算法，提升了算法对格栅属性的动态适应性；最后，基于案例船能耗数据库执行了动态节能航迹规划算法，迭代过程和路径节能效果表明：该算法拥有高效的寻优能力并且收敛速度较快，能为船舶实时节能航迹规划技术提供解决方案。     

无人机海事巡航路径优化研究

文章在综合分析国内外无人机航迹规划方法的基础上,考虑其自身的物理限制条件、安全因素和海事巡航监控任务条件,建立无人机空间巡航模型、综合染色体编码、适应度函数以及遗传因子分析等模型,推算出海事无人机海上巡航整体规划方法。     

基于精确罚函数的无人艇航迹规划和自动避障算法

[目的]对于已知多个障碍物的局部水域,如何规划安全高效的无人艇(USV)运动航迹,是当前的研究热点.[方法]首先,采用简洁有效的圆形包络面和凸四边形包络面处理障碍物区域,并将避障问题转化为时间最优控制问题中的状态不等式约束;然后,利用控制参数化和时间尺度变换,将时间最优控制问题转化为最优参数选择问题;最后,对于由多个障...     

基于混合蚁群算法的无人船航行路径自主规划

路径规划是无人船自主导航的核心问题。由于无人船当前位置以及目标位置的确定受到障碍物影响,最佳航行路径的获取难度较大。为此,提出基于混合蚁群算法的无人船航行路径自主规划方法。采用栅格法构建无人船工作环境模型,由上至下、由左至右的对栅格完成编号处理,划分安全区域与障碍物区域。构建无人船航行路径自主规划数学模型,设定地形与威胁、航程上限以及路径平滑度等约束条件。针对蚁群算法初始搜索效率差等问题,将其与粒子群算法相结合,提出混合蚁群算法。利用该算法求解无人船航行路径自主规划数学模型。实验结果显示,研究方法具有较高的路径规划准确性,路径长度、平均能耗及路径规划时间指标均较优。     

一种基于多目标约束下的UUV航迹规划算法

针对无人水下航行器多约束条件下最优航迹快速规划问题,通过设置航行区域校正点及误差约束,建立可行航迹最短的目标函数,提出一种基于最小转向角的搜索算法。对航迹最短、转向角最小的球形可搜索区域内的校正点误差校正,结果表明：在不考虑和考虑转向角约束的2种情况下,基于最小转向角算法的航迹长度为106 350 m,比不考虑转向角约束的航迹长度缩短22 559 m,共经过8次校正点,总转向角度为120.66°,航迹方向最贴近起点和终点连线方向,航迹光滑没有折回、比邻、平行的现象,可以在通信条件受限的情况下,校正误差实时自主定位。     

目标航迹规划方法在水域封锁效能研究中的应用

提出一种对被封锁区域的目标进行航迹规划的方法,用于研究港口、航道的封锁效能。针对目前封锁作战的特点,对由空中平台布撒的封锁弹药的封锁特点进行研究,采用基于改进的A*算法(SAS)的目标航迹规划方法在被封锁水域进行目标航迹规划,从而判断此次封锁的成功与否,多次试验,由蒙特卡洛原理计算封锁概率,评估封锁效能。结果表明,该方法相对于传统方法能更准确地分析港口、航道的封锁效能。     

无人机航路规划

无人机的任务规划系统是无人机有关技术的一个重要内容,它为无人机的行动指明方向和分配任务.而航路规划则是任务规划系统的重要的组成部分.介绍了无人机的任务规划系统,指出无人机航路规划的流程,并就航路规划实现的步骤以及所使用的常见算法进行了介绍.     

极坐标系下的航迹灰色区间关联算法

研究了雷达组网中时变系统偏差存在时的航迹关联问题。在分析时变偏差影响的基础上,从航迹的不确定区域着手,提出一种基于极坐标测量参数的航迹灰区域表示方法,并以此建立了区间灰数关联模型,实现了无需对系统误差配准的航迹关联配对。仿真结果表明,算法是有效的,并且具有较好的抗差性能。     

激光雷达和单目视觉船舶智能导航系统

以为船舶提供定位服务、障碍物检测和避障航迹规划服务为目的,设计基于激光雷达和单目视觉的船舶智能导航系统。系统船载子系统中,由卫星信号接收机接收卫星信号,定位船舶位置后,障碍物检测单元使用单目视觉传感器、激光雷达,检测船舶周围的障碍物信息和距离信息,通过CAN总线网络将2种信息传输至地面监控子系统。监控端把获取的信息和电子海图相匹配,标识船舶坐标信息,使用基于激光雷达的障碍目标测距方法完成障碍物测距,结合已知定位信息与障碍物距离信息,设计船舶航行指令,由CAN总线网络发送至船载子系统的航行控制单元,驱动航迹控制器控制船舶航行,完成船舶智能导航。仿真实验表明,此系统可实现船舶智能导航,导航应用时可保证船舶不与动态障碍物碰撞。     

基于 GMap ．N ET 的无人机航迹再现设计与应用磁

三维的飞行仿真技术,数据庞大,建立模型复杂,对计算机要求高,建立针对无人机飞参数据分析的简易航迹再现系统,将有很大的实用价值。为此论文研究了基于GMap ．NET 框架的离线地图嵌入技术,探讨了离线地图数据库的建立原理以及GM apProvider接口原理,并成功应用到无人机航迹再现系统中,实现了多种离线地图的浏览与转换,拓展实现了无人机的航线预置与二维动态演示功能,达到了飞参数据分析的目的。使用结果表明,该系统对资源需求低,可靠性高,操作简洁,易于部署,能够满足对无人机飞参数据分析的需要。     

基于Maklink图和蚁群算法的航线规划

为实现航线自动规划设计,提出一种可行的计算方法,并对船舶实际运营中进行航线规划时需注意的问题进行分析。以路径最短为目标,建立以避开障碍物区域和危险区域、控制转弯角度及减少转向点数目等为约束条件的规划模型。在建立模型过程中,采用Maklink图和Dijkstra算法生成初始规划路径,采用蚁群算法对路径作进一步的优化和调整,以满足约束条件。试验结果表明:与传统的在纸质海图上绘制航线及在电子海图上手动输入转向点生成航线相比,通过智能算法生成航线具有耗时短、经济可靠等优点。     

无人艇自主避障算法设计与仿真

文章针对无人艇全局路径规划航线上可能存在未知静态障碍物,影响其安全航行的问题,提出加装超声波传感器和罗盘,分别用于测量无人艇航行过程中与障碍物的距离信息和偏航角,作为无人艇运动控制器的输入。同时设计了包含岸基和船载的无人艇运动控制系统,采用模糊控制算法实现自主避障功能,依靠专家经验制定无人艇运动控制规则,依据航速和传感器探测距离设计隶属度函数,Matlab仿真路径有效避开了障碍物,得到了安全的航行路径,验证了算法有效性。