無(wú)人飛行器在線避障技術(shù)

第1章 緒 論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 UAV 避障規(guī)劃面臨的問題和挑戰(zhàn) 1
1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3.1 經(jīng)典全局路徑避障規(guī)劃算法 3
1.3.2 局部路徑避障規(guī)劃算法 5
1.4 本書主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 7
第2章 基于速度障礙圓弧法的二維UAV 自主避障算法 9
2.1 概 述 9
2.2 碰撞錐和速度障礙的定義 9
2.2.1 碰撞錐的定義 9
2.2.2 速度障礙的定義 11
2.3 速度障礙圓弧法 12
2.4 速度障礙圓弧的參數(shù)求解 14
2.4.1 速度障礙圓弧的參數(shù)計(jì)算 14
2.4.2 速度障礙錐正負(fù)性及左右移情況分析 17
2.5 基于速度障礙圓弧法的避障算法 20
2.5.1 單個(gè)威脅障礙物的避障 20
2.5.2 多威脅障礙物的避障 21
2.6 已知障礙物的分級(jí)討論及其避障分析 22
2.7 基于速度障礙圓弧法的UAV 自主避障算法應(yīng)用驗(yàn)證 24
2.7.1 避障曲線路徑規(guī)劃 24
2.7.2 避障點(diǎn)處位姿信息求解 26
2.7.3 仿真驗(yàn)證及分析 26
第3章 一種動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境下二維UAV 自主避障算法 31
3.1 概 述 31
3.2 動(dòng)態(tài)不確定速度障礙模型的建立 31
3.2.1 動(dòng)態(tài)不確定性表示 31
3.2.2 動(dòng)態(tài)不確定速度障礙模型的建立 33
3.3 動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境下的UAV 自主避障算法 36
3.3.1 基于DVOM 的動(dòng)態(tài)不確定速度障礙圓弧法 36
3.3.2 動(dòng)態(tài)不確定速度障礙圓弧臨界狀態(tài)情況分析 38
3.3.3 動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境下的UAV 自主避障算法 40
3.4 基于PH 螺線的避障重規(guī)劃路徑修正方法 42
3.4.1 五次PH 螺線的構(gòu)造 42
3.4.2 重規(guī)劃路徑侵犯安全圓問題及解決方案 43
3.4.3 基于PH 螺線的避障路徑修正 44
3.5 UAV 自主避障算法的仿真驗(yàn)證 45
3.5.1 仿真初始條件的求解 45
3.5.2 仿真結(jié)果及分析 46
第4章 一種基于障礙球冠的三維UAV 自主避障算法研究 51
4.1 概 述 51
4.2 三維空間碰撞錐和三維空間速度障礙的定義 51
4.2.1 三維空間碰撞錐的定義 51
4.2.2 三維空間速度障礙的定義 53
4.3 空間速度障礙球冠分析法 54
4.3.1 空間障礙球冠的定義及其參數(shù)求解 54
4.3.2 空間速度障礙球冠的保角映射分析 57
4.4 基于空間障礙球冠的三維UAV 自主避障算法 61
4.4.1 單威脅障礙物的避碰分析 61
4.4.2 多威脅障礙物的避碰分析 62
4.5 基于空間障礙球冠的三維UAV 自主避障算法應(yīng)用驗(yàn)證 63
4.5.1 三維避障曲線路徑規(guī)劃 63
4.5.2 避障點(diǎn)處位姿信息求解 64
4.5.3 仿真驗(yàn)證及分析 65
第5章 一種三維空間動(dòng)態(tài)不確定UAV 自主避障算法研究 68
5.1 概 述 68
5.2 三維空間動(dòng)態(tài)不確定速度障礙模型的建立 68
5.2.1 三維空間動(dòng)態(tài)不確定性的表示 68
5.2.2 三維空間動(dòng)態(tài)不確定速度障礙模型的建立 70
5.3 動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境下三維空間UAV 自主避障算法 73
5.3.1 基于3 DDVOM 的動(dòng)態(tài)不確定空間速度障礙球冠法 73
5.3.2 不確定空間速度障礙球冠保角映射分析法 77
5.3.3 基于不確定空間速度障礙球冠保角映射分析法的UAV 最優(yōu)避障78
5.4 復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下已知障礙物的分級(jí)討論及其避障分析 79
5.4.1 已知障礙物的分級(jí)討論 79
5.4.2 障礙物的避障分析 80
5.5 仿真驗(yàn)證及分析 82
5.5.1 動(dòng)態(tài)不確定UAV 自主避障算法仿真驗(yàn)證 82
5.5.2 考慮“潛在”威脅障礙物避障影響的仿真驗(yàn)證 83
第6章 基于比例導(dǎo)引律的UAV 避障飛行導(dǎo)引 85
6.1 概 述 85
6.2 導(dǎo)引規(guī)律 85
6.2.1 經(jīng)典導(dǎo)引律 85
6.2.2 現(xiàn)代導(dǎo)引律 88
6.2.3 新型導(dǎo)引律 89
6.3 基于比例導(dǎo)引律的UAV 在線避障 90
6.3.1 避障方法 91
6.3.2 仿真分析 94
第7章 基于線性導(dǎo)引律的UAV 避障研究 97
7.1 概 述 97
7.2 碰撞判斷及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程建立 97
7.2.1 碰撞判斷 97
7.2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程建立 98
7.3 基于線性導(dǎo)引律的避障策略 100
7.3.1 線性導(dǎo)引律設(shè)計(jì) 100
7.3.2 穩(wěn)定性證明 102
7.3.3 UAV 速度求解 103
7.3.4 仿真分析 103
7.4 三維避障研究 106
7.4.1 平面分解 106
7.4.2 幾何關(guān)系及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 108
7.4.3 三維避障線性導(dǎo)引律設(shè)計(jì) 110
7.4.4 仿真分析 110
第8章 基于線性導(dǎo)引律的多障礙物避障及多UAV 避碰研究 117
8.1 概 述 117
8.2 UAV 避開多障礙物研究 117
8.2.1 威脅判斷 117
8.2.2 避障策略描述 118
8.2.3 避障算法設(shè)計(jì) 119
8.2.4 仿真分析 122
8.3 多UAV 間避碰研究 125
8.3.1 威脅判斷 125
8.3.2 避碰策略描述 126
8.3.3 避碰算法設(shè)計(jì) 127
8.3.4 仿真分析 131
第9章 基于Terminal滑模控制的UAV 避障研究 139
9.1 概 述 139
9.2 理論基礎(chǔ) 139
9.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制 139
9.2.2 Terminal滑?？刂?141
9.3 碰撞問題描述及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 142
9.4 Terminal滑?？刂朴邢迺r(shí)間收斂避障算法設(shè)計(jì) 143
9.4.1 制導(dǎo)律設(shè)計(jì) 143
9.4.2 穩(wěn)定性分析 144
9.4.3 有限收斂時(shí)間分析 145
9.4.4 UAV 速度求解 146
9.5 仿真分析 146
參考文獻(xiàn) 150