航迹网络图构造及其优化方法研究

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航迹规划是根据给定的发射点和目标点,规划出满足约束条件的最优或次优飞行航迹,是无人飞行器控制中的重要研究领域之一。基于航迹网络图的快速规划技术是针对复杂环境条件下快速规划航迹而提出的一种新技术。该技术的运用减少了航迹规划过程的搜索量,加快了规划速度,从而能满足实时航迹规划的需求。本文围绕航迹网络图的优化构造问题进行了研究,主要内容包括:(1)航迹网络图的构造;(2)航迹网络图的优化;(3)航迹重组及航迹的最优性分析。  在航迹网络图的构造方面,本文对已有的航迹片段生成方法进行改进。与已有的方法不同,本文将节点选取在网格内部的匹配区上,并赋予节点八个出入方向。这样的改进利于重组航迹满足匹配区约束条件,扩大了节点移动范围,便于通过调整节点位置对网络图进行优化。节点生成后,利用A*规划算法生成节点间的片段,从而完成了网络图的构造。  网络图的优劣程度对重组航迹的性能有很大影响。本文将网络图看作一个粒子,以网络图中所有节点的坐标来描述粒子的位置信息。为了使航迹网络图整体代价较优,设定合适的粒子适应度函数对航迹网络图进行优化,评价指标包括两项:航迹网络图中所有航迹段的代价总和以及随航迹片段数目减少而增加的惩罚代价。实验结果表明,该算法能有效地优化航迹网络图,重组航迹的性能在统计意义上有所提升。  在航迹重组方面,将A*搜索算法应用于基于网络图的航迹重组。然后将本文方法与基于栅格图规划空间的A*规划方法进行对比实验,分析了各自的优缺点。最后对重组航迹的最优性进行了研究,分析了网络图粒度和网络图优化对重组航迹性能的影响。
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