复杂环境下无人机路径规划及信息采集方法的研究

目录

摘要 ................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. I I 第1章绪论.. (1)

1.1课题来源及研究的背景和意义 (1)

1.1.1UA V路径规划的发展背景 (1)

1.1.2WSN应用的发展背景 (2)

1.1.3UA V-WSN系统的发展背景 (5)

1.2国内外在该方向的研究现状及分析 (5)

1.3主要研究内容 (7)

1.3.1复杂环境建模 (8)

1.3.2UA V路径规划 (8)

1.3.3UA V-WSN信息采集方法 (8)

1.3.4仿真分析 (9)

1.4论文结构 (9)

第2章相关理论与建模 (10)

2.1复杂环境建模 (10)

2.2UA V路径规划方法 (12)

2.2.1蚁群算法的基本概念及特点 (12)

2.3UA V-WSN系统的结构与特点 (14)

2.3.1UA V-WSN系统的结构 (14)

2.3.2UA V-WSN系统的特点 (15)

2.3.3UA V-WSN系统的通信能量模型 (17)

2.4本章小结 (18)

第3章基于UA V-WSN的UA V路径规划 (19)

3.1引言 (19)

3.2研究目的和问题描述 (19)

3.2.1研究目的 (19)

3.2.2问题描述 (19)

3.3UA V路径规划算法 (20)

3.3.1基于蚁群算法的UA V三维路径规划 (20)

3.3.2二次路径规划算法 (23)

3.4本章小节 (25)

第4章基于UA V-WSN的信息采集方法 (26)

4.1引言 (26)

4.2研究目的和问题描述 (26)

4.2.1研究目的 (26)

4.2.2问题描述 (26)

4.3UA V-WSN路由方法 (28)

4.4本章小节 (29)

第5章仿真与结果分析 (30)

5.1MATLAB仿真平台搭建 (30)

5.2基于UA V-WSN系统的UA V路径规划仿真与分析 (30)

5.3基于UA V-WSN系统的信息采集的仿真与分析 (36)

结论 (42)

参考文献 (43)

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (48)

致谢 (49)

第1章绪论

1.1课题来源及研究的背景和意义

1.1.1UAV路径规划的发展背景

无人机简称为无人驾驶航空器，英文表示为Unmanned Aerial Vehicle，其缩写为UAV。它是一种由动力驱动、可重复使用的无人驾驶飞行器。无人机可以实现自动起飞、降落、自动航行并可以进行导航，还可以自动实现信息采集和传送等工作[37] ，尤其是危险、恶劣的环境中代替人类完成特定的任务。因此20世纪90年代以来，随着计算机技术迅猛的发展，信息技术、网络技术和通信技术也在各自领域获得了较高的成就，材料和新能源等高新技术的快速进步，无人机性能有了较大的提升、不断向着高精尖方向发展[1]。无人机的功能也随着各方面技术的不断发展而提升，，越来越多类型和种类的无人机出现，并且无人机也得到了更加广泛的应用。无人机按照其规模来划分可以为大型无人机、中型无人机、小型无人机和微型无人机；按照其飞行的高度可以分为高空无人机、低空无人机和中空无人机；按照无人机的动力性能可分为高机动无人机和低机动无人机；按照无人机速度来进行划分，可以分为高速无人机和低速无人机；按照无人机的飞行方式可分为固定翼式无人机和螺旋桨式无人机；按照无人机能源划分可分为电动无人机、太阳能无人机、燃料动力无人机；按照功能划分可为分侦察无人机、测绘无人机、通信中继无人机等[2]。

正是由于无人机具有如此繁多的种类和功能，而且无人机的实现技术也有着较大的区别，这都是无人机在其发展过程中最重要的特点。无人机相对于大型载人飞行，其研制周期相对较短，研制经费也相对较低，使用比较安全而且还可以将各种新技术和新材料应用到无人机制造中，大大的提高了无人机的科技含量，也使无人机的功能得到了扩展。在信息和网络高速发展的情况下，无人机的关键技术也一定会得到突飞猛进的发展，这也会促使无人机得到更好更快的发展。无人机主要应用在军事领域、农业生产、环境监测、搜救、跟踪、通信中继等方面。无人机之所以能够被广泛的应用到各行各业中，主要是因为无人机结构简单，造价低廉，和有人驾驶飞机相比安全，并能够完成有人驾驶飞机无法完成的任务[3][4]。

无人机路径规划就是无人机在飞行过程中，要以任务的需求为依据进行寻找路径的一种方法[30] 。而无人机路径规划的目的就是在保证安全的前提下，无人机根据自身的性能和任务的不同，在规定的时间内找到最短的路径并使威胁代价最小，并完成特定的任务[3]。从时间上来划分，无人机路径规划可分