面向频谱测绘任务的多无人机协同航迹规划方法

面向频谱测绘任务的多无人机协同航迹规划方法
摘要:电磁频谱作为一种重要的国家战略资源,关乎国家信息化发展战略和信息化战争优势的确立。随着用户的增加,电磁频谱资源日益紧缺,用频矛盾日趋尖锐。为了有效利用频谱资源,加强对非法用频的管控,需要构建精确的电磁频谱地图。传统的电磁频谱地图测绘是在区域内随机放置传感器,基于传感器采集到的离散数据通过补全算法进行频谱地图重构。然而,对于部分不便于放置固定传感器的场景,需要采用动态采集的方法完成频谱测绘。无人机因为其机动性在采集数据及测量方面有很强的优势,使用无人机飞行采集频谱数据,进而完成了频谱地图的构建。
关键词:频谱测绘;无人机;协同测绘;航迹规划;
汤盆引言
多飞行器协同作战是未来空战的重要发展趋势,与单飞行器相比,多飞行器具有更高的作战效能以及更强的作战能力。在多飞行器协同飞行过程中,航迹规划技术可为飞行器提供航迹指引,是实现飞行器协同作战的关键技术之一。协同航迹规划可得到满足飞行器性能约束及
时间协同约束的最优航迹,是多飞行器实现自主飞行的重要保障。好的航迹不仅能节省飞行器运行的成本,也增加了完成攻击任务的成功率。
1无人机容错协同控制研究现状与关键技术
1.1无人机故障诊断技术气动压线钳
FDD是主动容错控制的关键环节,结合现有研究,FDD技术根据是否存在额外辅助信号输入可以分为主动FDD与被动FDD,主动FDD需要设计输入至系统的辅助信号增强故障的表现,而被动FDD仅利用系统的输入输出对故障进行分析处理。虽然主动FDD有效提高了故障诊断性能,但是会诱导更严重的故障状态,影响系统的安全性,因此,航空对象往往采用被动FDD。电动车测功机
气模1.2无人机本地容错控制方法
UAV容错控制技术主要包括控制器重构与过驱动系统的控制分配。控制器重构往往通过自适应控制方法改变控制器参数或根据故障状态更新控制器参考模型来实现,常见的控制重构方法可以归纳为被动容错即鲁棒控制方法、主动容错方法两类,对于前者不做过多讨论。
针对自适应滑模控制方法在应用中存在的控制抖振和不连续问题,提出了基于扰动观测器的FTC框架,在保证控制器良好跟踪性能的同时,有效的抑制了控制的不连续性与抖振问题。为了提高控制器的性能,充分利用FDD提供的故障及扰动信息,近年来,基于模型的控制方法受到研究者青睐。
2基于人工势场的多机航迹规划及优化
2.1多机航迹规划算法
本文提出的多机航迹规划算法包括环境感知和航迹规划两个部分。首先,根据无人机的数量及待测区域的大小完成初始的航迹规划,无人机从相同起点出发按照规划的航迹飞行采集数据直至所有无人机都飞至终点;然后,基于各个无人机采集的频谱数据,通过频谱数据补全算法进行数据补全并利用聚类算法完成辐射源地理信息的感知;最后,基于辐射源的地理信息完成人工势场法的参数设计,计算出各个无人机的合力方向,从而判断无人机的飞行方向,并进一步通过判断各个无人机下一步的航迹点是否可能会发生碰撞从而对参数进行修正,无人机在计算出的飞行方向下飞行采集数据,当所有无人机完成数据采集并回到起点时,完成测绘任务。
2.2存在突然发现的障碍物的规划方法设计
无人机实际作战时的战场情况与离线训练时的战场情况可能存在差异,可能实际战场中的某些障碍物事先并未被探明,但无人机在实际飞行时也必须要躲避此未知障碍物。实际作战时,无人机的探测范围是有限的,参考人工势场理论思想,当无人机距离障碍物越近时,其所受斥力越大,无人机趋于远离障碍物的方向飞行。
2.3基于协调变量的多机协同制导
协调层的引入使得集在通信网络的支持下,利用协调策略实时调整协调变量,最终实现攻击时间/攻击角度的动态协同。协调层的基本思想是假设各无人机的可行控制决策集到相应协调变量的映射是可逆的,基于协调函数解算出协调变量的值,而后通过协调变量到决策集合的逆映射得到唯一确定的控制指令,从而实现多机协同。该方法无需预先装订过多参数,可以实时调整以适应突发状况,同时支持集规模的动态扩展。因此下一步需深入研究基于协调变量的集攻击动态协同制导控制方法,探索协调函数的工作机理、组织方式、最优准则等,分析典型通信拓扑结构下集动态协同调节范围与收敛条件,为机协同规划与控制提供有力支持。时空协同控制则是综合多约束条件,设计形式统一的制导律
以实现对攻击时间和攻击角度的综合控制,常用的设计思路是在IACG制导律的框架中引入剩余飞行时间反馈项,实现ITACG制导律。
传送侦测怎么做2.4基于人工势场的多机航迹
辐射源的访问顺序包括无人机各自采集辐射源的数目及飞往各个辐射源处环绕飞行采集数据的顺序,考虑到无人机的能耗问题,得到的访问顺序应满足使无人机总飞行距离尽可能短的约束条件;同时考虑到无人机之间的协同性问题,各个无人机的飞行时间应满足协同飞行的要求,即飞行时间相同或时间差在一定的范围内。首先初始化参数包括若干种辐射源的访问顺序、算法迭代次数,然后根据无人机飞行总距离及时间条件计算出此时的最优访问顺序,之后基于此顺序进行修改不断迭代,直至得到最优访问顺序。
2.5分布式网络安全技术
分布式多UAV开放的系统特性使得数据共享存在风险,数据篡改、身份伪造等攻击手段将对任务分配的稳定性与合理性构成威胁。因此解决分布式系统的网络安全问题,将成为多UAV系统在对抗环境中进行合理决策的关键。针对分布式系统的安全问题,可以考虑从鲁
棒系统开发与防御机制建立两方面开展研究工作。在系统开发的过程中,往往会遇到安全需求与系统功能需求冲突的情况,需要合理的分析要素的重要性与影响,寻功能性与安全性之间的平衡点。此外,结合安全软件开发的思想进行系统开发、合理分配子系统的负载是避免网络阻滞或崩溃的有效途径。多智能体的防御技术需要根据系统环节和安全威胁制定,主要分为针对个体的防御技术与针对分布式调控的防御技术。一方面,在分布式系统中任意节点都可以视作一个集中式的中心节点,可以通过加密技术与历史表单数据来防止伪装或是未经授权的访问攻击。另一方面,可以通过合理设计加密通信协议、访问控制策略、体身份验证等技术手段实现全局的调控与防御。
结束语
提高复杂环境下的集协同制导控制能力是提高作战效能的重要途径,目前的研究已经取得了丰富的成果,但是距离高精度、协同化、分布式的控制需求还有较大的差距。本文针对非合作环境下的频谱测绘问题,提出了一种无人机协同航迹规划方法。首先基于飞行过程中的状态约束以及优化目标构建无人机协同测绘模型,同时面向待测绘区域均匀采样任务需求预先规划各个无人机的初始飞行航迹,其次利用补全及聚类算法对初始采样数据进
行处理,实现对于辐射源的地理信息的初步感知,进一步通过人工势场法完成无人机协同航迹规划,最后通过仿真对比单无人机测绘场景验证了所设计方法的有效性。
汽化炉参考文献
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