91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

 梁  爽

 （大連大學(xué)電子信息工程學(xué)院，遼寧大連116622）

摘要：針對固定翼無人機(jī)路徑規(guī)劃復(fù)雜、航跡冗余、偏離度高等特點(diǎn)，通過建立三維空間空氣動力學(xué)模型，標(biāo)定預(yù)置坐標(biāo)，根據(jù)常規(guī)氣動布局下的空氣動力學(xué)原理、PID算法、環(huán)境等因素對航跡網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行管理。采用改進(jìn)的動態(tài)規(guī)劃算法，對如何準(zhǔn)確、快速地計(jì)算出連貫預(yù)定坐標(biāo)的最佳路徑進(jìn)行了研究。飛控計(jì)算機(jī)通過動態(tài)對比、狀態(tài)預(yù)測算法，對路徑進(jìn)行實(shí)時對比、矯正、重新規(guī)劃，使無人機(jī)能沿著貫穿預(yù)定坐標(biāo)的最佳路徑完成既定飛行任務(wù)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)  固定翼航跡優(yōu)化最優(yōu)路徑預(yù)定坐標(biāo)空氣動力學(xué)模型PID狀態(tài)預(yù)測動態(tài)對比

中圖分類號：TH86；TP27 文獻(xiàn)標(biāo)DOI:10. 16086/j. cnki. issnl000 - 0380. 201605004

0引言

  無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時，通常伴隨著復(fù)雜的航跡變化。能源限制使得滯空時間變得相對固定，最大限度地優(yōu)化航跡可以大幅度延長執(zhí)行任務(wù)時間，所以無人機(jī)，尤其是小型無人機(jī)對于航跡的優(yōu)化有著迫切的需求。隨著傳感器工藝的發(fā)展，傳感器愈發(fā)趨于多元化、小型化、高精化，使得對無人機(jī)飛行時的位置、姿態(tài)信息能夠精確掌握。同時中央處理器處理能力的提升，也為無人機(jī)最優(yōu)航跡的即時計(jì)算提供可能。飛行前，地面控制站給出空中預(yù)定坐標(biāo)，并結(jié)合飛機(jī)的機(jī)動能力、空氣動力學(xué)模型計(jì)算最佳航跡。在飛行過程中，隨著環(huán)境因素的改變，實(shí)際飛行路徑或存在誤差。通過動態(tài)對比算法、狀態(tài)預(yù)測算法對無人機(jī)航跡進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，可大幅度精簡無人機(jī)飛行路徑，延長執(zhí)行任務(wù)時間。

1最佳路徑選定

1.1無人機(jī)模型

無人機(jī)的空氣動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)模型如圖1所示。

 為了檢驗(yàn)期望路徑的準(zhǔn)確性，通過給定若干個坐標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)上述公式計(jì)算出期望路徑，并與軟件仿真路徑作對比，如圖3所示。

由圖3可以看出，通過計(jì)算得到的期望路徑，基本與軟件仿真路徑相重合，表明了本文建立的模型以及路徑跟蹤算法的有效性。

2硬件結(jié)構(gòu)

  硬件系統(tǒng)主要包括無人機(jī)地面控制站、無人機(jī)平臺、飛控系統(tǒng)、傳感器、動力系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、任務(wù)載荷，硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

 無人機(jī)平臺起飛前，由地面控制站根據(jù)預(yù)置坐標(biāo)計(jì)算初始最優(yōu)路徑，并將預(yù)置坐標(biāo)、初始最佳路徑、任務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送至位于無人機(jī)平臺上的飛控系統(tǒng)。無人機(jī)升空后，飛控系統(tǒng)讀取傳感器數(shù)據(jù)，確定無人機(jī)位置、姿態(tài)，并通過控制動力系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對最佳路徑的跟蹤。當(dāng)飛機(jī)大幅度偏離最佳路徑時，飛控計(jì)算機(jī)對已通過的預(yù)置坐標(biāo)比對，并基于當(dāng)前位置計(jì)算出貫穿剩余預(yù)置坐標(biāo)的最優(yōu)路徑。

3軟件結(jié)構(gòu)

 通過軟件控制，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)空中最優(yōu)路徑的跟蹤與重新計(jì)算。軟件系統(tǒng)包括地面控制站軟件與無人機(jī)平臺軟件。地面控制站軟件流程如圖5所示。

  啟動地面控制站后，操控員輸入任務(wù)指令和預(yù)置坐標(biāo)，地面控制站自動計(jì)算出初始最優(yōu)路徑；控制站向無人機(jī)發(fā)送自檢命令，如果無人機(jī)自檢未通過，則地面控制站顯示故障位置后結(jié)束任務(wù)規(guī)劃操作；自檢通過后，控制站向無人機(jī)發(fā)送任務(wù)指令、預(yù)置坐標(biāo)、初始最優(yōu)路徑。若未發(fā)送成功，將再次發(fā)送自檢指令；發(fā)送成功后，控制站發(fā)送起飛指令，無人機(jī)升空，任務(wù)規(guī)劃完成。無人機(jī)平臺軟件流程如圖6所示。

 無人機(jī)系統(tǒng)上電，收到地面控制站的自檢指令后開始自檢；若未通過，則上傳故障位置。通過自檢后，無人機(jī)接收任務(wù)指令、預(yù)置坐標(biāo)、最優(yōu)路徑。若接收失敗，則上傳失敗標(biāo)志；若接收成功，無人機(jī)平臺在接收到地面控制站的起飛命令后升空執(zhí)行任務(wù)。起飛后，無人機(jī)通過姿態(tài)控制跟蹤最優(yōu)路徑。若偏離最優(yōu)路徑，則基于當(dāng)前位置計(jì)算出貫穿剩余預(yù)置坐標(biāo)的最優(yōu)路徑。到達(dá)任務(wù)區(qū)域后，無人機(jī)平臺打開任務(wù)系統(tǒng)，在任務(wù)執(zhí)行完畢后，無人機(jī)返航。

4結(jié)束語

本文提出的無人機(jī)固定翼無人機(jī)空中定點(diǎn)飛行最優(yōu)路徑選擇方法，通過快速建立三維空間中空氣動力學(xué)模型、標(biāo)定預(yù)置坐標(biāo)，并根據(jù)費(fèi)馬原理和改進(jìn)的動態(tài)規(guī)劃方法，計(jì)算出執(zhí)行任務(wù)的最優(yōu)路徑，能夠有效延長執(zhí)行任務(wù)時間。同時，本文還論證了無人機(jī)對最優(yōu)路徑的跟蹤問題，最大程度地降低飛行過程中由于突發(fā)情況產(chǎn)生的對于最優(yōu)路徑的重新計(jì)算，降低飛控計(jì)算機(jī)的計(jì)算量，提高實(shí)際飛行路徑與最優(yōu)路徑的契合度。文中沒有考慮到由于不可抗力導(dǎo)致無人機(jī)偏離最優(yōu)路徑時，飛控對路徑進(jìn)行重新繪制的問題，這也是下一步需要研究的方向。