飛行器航跡規(guī)劃

前言

隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代飛行器技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。飛行器的種類(lèi)越來(lái)越多，性能越來(lái)越高，技術(shù)密集、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、協(xié)同性強(qiáng)，使得飛行器的操縱愈來(lái)愈復(fù)雜。與此同時(shí)，伴隨著現(xiàn)代飛行任務(wù)的難度、危險(xiǎn)度以及強(qiáng)度的不斷增加，由于飛行員受生理和心理等因素的局限，單純依靠飛行員手工操作完成復(fù)雜的飛行任務(wù)變得越來(lái)越困難。例如，在地形跟隨過(guò)程中，視覺(jué)效應(yīng)會(huì)使飛行員精神高度緊張，對(duì)速度的控制容易誘發(fā)長(zhǎng)周期振蕩。對(duì)于這些問(wèn)題，一種有效的解決途徑就是采用飛行器航跡規(guī)劃技術(shù)。飛行器航跡規(guī)劃是在綜合考慮飛行器到達(dá)時(shí)間、油耗、威脅以及飛行區(qū)域等因素的前提下，為飛行器規(guī)劃出最優(yōu)或者是滿(mǎn)意的飛行航跡，以保證圓滿(mǎn)地完成飛行任務(wù)。由于飛行器航跡規(guī)劃的規(guī)劃區(qū)域非常廣闊，同時(shí)涉及多種約束條件，數(shù)學(xué)模型建立非常困難。在任務(wù)的適應(yīng)性和規(guī)劃的實(shí)時(shí)性等方面，現(xiàn)有的規(guī)劃算法都難以滿(mǎn)足不斷變化的應(yīng)用需求。近年來(lái)針對(duì)飛行器航跡規(guī)劃的特點(diǎn)和現(xiàn)有規(guī)劃方法存在的問(wèn)題，我們開(kāi)展了一系列研究工作，本書(shū)是研究工作的總結(jié)。書(shū)中絕大部分內(nèi)容取材于我們?cè)趪?guó)際、國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)期刊發(fā)表的論文，細(xì)致而全面地展示了最新的研究成果和進(jìn)展。本書(shū)系統(tǒng)地討論了飛行器航跡規(guī)劃的基本要素。首先，給出了一種新的規(guī)劃環(huán)境表示法，該方法通過(guò)采用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示不同的環(huán)境要素，不僅減少了傳統(tǒng)規(guī)劃方法構(gòu)建搜索圖所需要的計(jì)算量，而且當(dāng)規(guī)劃環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，可以及時(shí)有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，較好地滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求。

內(nèi)容概要

　　飛行器航跡規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)飛行器自動(dòng)導(dǎo)航的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)?！讹w行器航跡規(guī)劃》系統(tǒng)地介紹了飛行器航跡規(guī)劃的概念、理論及方法，內(nèi)容包括飛行器離線航跡規(guī)劃、飛行器在線航跡規(guī)劃、針對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的飛行器航跡規(guī)劃、多飛行器協(xié)調(diào)航跡規(guī)劃以及飛行器任務(wù)調(diào)度等多個(gè)方面?！讹w行器航跡規(guī)劃》可作為導(dǎo)航與制導(dǎo)相關(guān)專(zhuān)業(yè)碩士、博士研究生的教學(xué)參考書(shū)，也可供飛行器航跡規(guī)劃相關(guān)科研工作者和工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 背景1.2 飛行器航跡規(guī)劃的基本要求1.3 常用的航跡規(guī)劃方法1.3.1 規(guī)劃空間表示方法1.3.2 航跡搜索算法1.4 當(dāng)前航跡規(guī)劃研究中存在的問(wèn)題1.5 飛行器任務(wù)分配問(wèn)題1.6 本書(shū)的主要內(nèi)容及安排第2章 飛行器航跡規(guī)劃基本要素2.1 規(guī)劃空間的表示方法2.2 飛行航跡的表示方法2.3 飛行航跡的基本約束條件2.4 航跡評(píng)價(jià)2.4.1 影響航跡性能的主要因素2.4.2 代價(jià)函數(shù)的選取2.4.3 權(quán)系數(shù)的確定2.5 飛行器航跡規(guī)劃問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述第3章 飛行器離線航跡規(guī)劃方法3.1 基于稀疏A*搜索的飛行器航跡規(guī)劃方法3.1.1 航跡節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展3.1.2 算法描述3.1.3 仿真實(shí)驗(yàn)3.2 基于進(jìn)化計(jì)算的飛行器航跡規(guī)劃方法3.2.1 進(jìn)化計(jì)算簡(jiǎn)介3.2.2 基因編碼方式3.2.3 航跡評(píng)價(jià)方法3.2.4 進(jìn)化算子3.2.5 算法描述3.2.6 時(shí)間復(fù)雜性分析3.2.7 仿真實(shí)驗(yàn)3.3 飛行器多航跡規(guī)劃3.3.1 多峰值函數(shù)優(yōu)化與進(jìn)化算法3.3.2 K-均值聚類(lèi)3.3.3 多種群進(jìn)化算法3.3.4 基于進(jìn)化計(jì)算的飛行器多航跡規(guī)劃算法描述3.3.5 仿真實(shí)驗(yàn)第4章 飛行器在線航跡規(guī)劃方法4.1 飛行器在線航跡再規(guī)劃4.1.1 節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展4.1.2 再規(guī)劃航跡代價(jià)的重新計(jì)算4.1.3 在線實(shí)時(shí)航跡再規(guī)劃方法4.1.4 仿真實(shí)驗(yàn)4.2 針對(duì)靜止目標(biāo)的飛行器在線航跡規(guī)劃方法4.2.1 動(dòng)態(tài)開(kāi)放環(huán)境中的實(shí)時(shí)搜索算法4.2.2 節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展與啟發(fā)式信息4.2.3 算法描述4.2.4 算法收斂性證明4.2.5 算法改進(jìn)4.2.6 仿真實(shí)驗(yàn)4.3 針對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的飛行器航跡規(guī)劃方法4.3.1 算法描述4.3.2 收斂性分析4.3.3 算法改進(jìn)4.3.4 仿真實(shí)驗(yàn)第5章 多飛行器協(xié)調(diào)航跡規(guī)劃方法.5.1 問(wèn)題描述.5.2 飛行器協(xié)調(diào)航跡規(guī)劃的博弈論分析.5.2.1 多飛行器協(xié)調(diào)規(guī)劃的博弈格局5.2.2 飛行器編隊(duì)組織結(jié)構(gòu)5.3 協(xié)同進(jìn)化計(jì)算簡(jiǎn)介.5.4 多飛行器協(xié)調(diào)航跡規(guī)劃進(jìn)化算法.5.4.1 算法結(jié)構(gòu)5.4.2 基于排擠的小生境進(jìn)化5.4.3 航跡評(píng)價(jià)函數(shù)5.4.4 博弈——協(xié)同進(jìn)化過(guò)程5.4.5 協(xié)調(diào)飛行中的航跡在線再規(guī)劃5.5 仿真實(shí)驗(yàn)第6章 飛行器任務(wù)分配6.1 任務(wù)分配的數(shù)學(xué)模型6.1.1 飛行器任務(wù)分配問(wèn)題描述6.1.2 飛行器任務(wù)分配中的約束條件6.1.3 飛行器任務(wù)分配的數(shù)學(xué)模型6.2 基于對(duì)稱(chēng)群的鄰域構(gòu)造方法6.2.1 鄰域搜索中解的形式6.2.2 鄰域定義的基本形式6.2.3 鄰域構(gòu)造方法6.3 基于對(duì)稱(chēng)群的混合搜索策略6.3.1 進(jìn)化計(jì)算與禁忌搜索的結(jié)合6.3.2 群論與禁忌搜索的結(jié)合6.4 飛行器靜態(tài)任務(wù)分配算法6.4.1 編碼方式6.4.2 適應(yīng)值函數(shù)6.4.3 進(jìn)化操作6.4.4 算法小結(jié)6.5 飛行器動(dòng)態(tài)任務(wù)再分配6.5.1 任務(wù)再分配的一般策略6.5.2 任務(wù)再分配算法6.6 仿真實(shí)驗(yàn)附錄A 博弈論基礎(chǔ)A.1 博弈論的基本概念A(yù).2 基本博弈模型附錄B 搜索算法的群論基礎(chǔ)B.1 群的基本概念B.2 確定性規(guī)劃方法與交換群B.3 啟發(fā)式算法與對(duì)稱(chēng)群參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論自古以來(lái)，人類(lèi)一直向往能像鳥(niǎo)兒一樣在空中自由翱翔。1903年，萊特兄弟駕駛飛機(jī)成功飛上天空，使人類(lèi)的這一夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。飛行器發(fā)展至今，從體積龐大、載重驚人的客貨運(yùn)飛機(jī)，到速度高達(dá)數(shù)倍聲速、性能卓越的戰(zhàn)斗機(jī)，人類(lèi)在飛行器領(lǐng)域的研究可謂碩果累累。隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代飛行器技術(shù)也發(fā)生了巨大的變化，飛行器的種類(lèi)越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，技術(shù)越來(lái)越密集?，F(xiàn)代飛行任務(wù)的難度、危險(xiǎn)度以及強(qiáng)度正在不斷增加，限于飛行員的生理和心理承受極限，單純依靠手工操縱完成復(fù)雜的飛行任務(wù)變得越來(lái)越困難。例如，在地形跟隨飛行過(guò)程中，視覺(jué)效應(yīng)會(huì)使飛行員精神高度緊張，對(duì)速度的控制容易誘發(fā)長(zhǎng)周期振蕩。因此，如何最大程度地給飛行器賦予智能，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航與控制，深受?chē)?guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。航跡規(guī)劃作為飛行器自主導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一，已成為目前一大研究熱點(diǎn)。所謂飛行器航跡規(guī)劃，就是在綜合考慮飛行器到達(dá)時(shí)間、油耗、威脅以及可飛行區(qū)域等因素的前提下，為飛行器規(guī)劃出最優(yōu)或者滿(mǎn)意的飛行航跡，以保證圓滿(mǎn)地完成飛行任務(wù)，并安全返回基地。航跡規(guī)劃技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于飛行器、水面艦艇、地面車(chē)輛以及機(jī)器人等的導(dǎo)航系統(tǒng)中（在艦艇、自主戰(zhàn)車(chē)、機(jī)器人等領(lǐng)域一般稱(chēng)為路徑規(guī)劃，在本書(shū)將之統(tǒng)稱(chēng)為航跡規(guī)劃）西。

編輯推薦

《飛行器航跡規(guī)劃》由國(guó)防工業(yè)出版社出版。

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