无人机任务规划研究.pdf

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1、专题技术与工程应用无人机任务规划研究朱剑佑(中鏊人民鳃放军6 3 9 6 l 部敬，北京l 踟穆4)摘攥任务规划系统作为高科技技术已经引起了广泛的关注和应用。目前世界上一些患要国家都线研制任务规划系统。无人机飞行中合理的路线规划可以减小飞行时间、降低油耗，减小被敌方发现、攻击的可能，从而提高了完成任务的概率。奔绥了无大祝任务规翅戆基本凝念，豢述了秃入援任务烧越熬墓零凌麓、豢鼹瓣袈越算法，翔茂瑾方浚、遗传算法秘羧场威胁源建模方法等，给出了基于v o R o N O I 图的一种无入机任务规剃技术方案。关键词无人机；任务规划；规戈 I 算法、中重分类号v 2 4 9 四1 8文献标谈褥A文章编号l

2、 0 0 3 3 1 0 6(2 0 0 7)1 2 一5 6 一0 3R e s e a r c hO nU m a 肌e dA e r i a lV e l l i c l eM i s s i o nP l a m l i n gZ H UJ i 卸伯u(m 啪6 3 9 6 l 矿蹦，咖蜡1 0 0 0 9 4，)A b s 蚋心A s 基勤鼢弧推h 醯t e c l l 聃崦yi I l 出eW o f l d，M i s 8 i o n 珊蛆n 堍s y 8 t e m(M P s)h 器B l r e d d ya 眭娜谜e x t e n s i v e8 l t e n 娃。

3、矬眦d印薛e 蘸o n。A|瘙ep|姆e 辩，函时汹髓娃珏g 髓扛i 描雠弛蓖谣。两毽氇eM 瑙巍羽i 毽g p e 硝i$V e r yq 正c l c 转ye h 骞i 珏gt kb 瞅p a 斑d 西n gU n 珊n n e d A 打v e h i c i e(U A y)y i n g，i ti 8d e s 酬1 0 缸钾dt l l eB h o n e 砒p 矗t l l，s i n c et I l ep a t ha l j o 啪U A Vt oo b t a i l lt l l ed a b 鲥删y，蛐d商n i m i 砧t I en i g I I tt i r

4、 弛，t l l t l B 倒血m i d n gt h ep 0 8 B i b n j 哆o fb e i T l g8 h o t 蛔lb ye 黼m yf i 弛，腿w 枷鹧f l l e lc 姒8 u m p l i o n T l l i sp 8 p e ri I I 酬u e 始t I l ee o l 黜零U 凇嘲磷A e 棘￥蠢出醚主鑫s 浦赫豫，翻e 赫赫轴幽璐礴u 焘v 鹾i 藤雠秘黼堍蒯涮髓啦谶她峨h 黼曩g e 珏|m e 出0 d，g e n 鲥c 峒出m 肌dm o d e l i I I go f 岫t 鲁a u r c e 8)，p 陀晰n 协直V O

5、R O N o I d i a 咿m-b a 8 e d 印i s s i o n 曲峨鲫l u t i o n K e y 吣u A V；l l l i s 8 i p l 蚰n i n g；n l i 明i o n I 矗I l n i f I g 如削恤0引言无人枧任务规划的目的楚找出一条最佳飞行航线，以及在该航线上对有效载褥的控制策略，使之在确保飞机安全的前提下，最大限度地发挥有效载荷的作用，宠成侦察任务。从对闻上来说，任务规怒可分秀事前规菇和实时规划。事前规划是在飞机起飞前制定的，主要魑综合任务要求、气象环境和已有的情报等因素，制定中长麓鞠短期观麓。实时规划是在飞税飞行过程中，根据实

6、际的飞行情况和环境制定出对先前规划的修改，以及应急方案，也叫羹规划。从层次功能上来说，任务规楚可翘含航路规划、任务载旖规鲻、数据链路规划和系统保障与应急预案规划等。目前无人机任务规划研究的重点是航路规划。1任务规划的基本功能无人机任务规划是根据所要完成的任务，制定塞飞撬鹃飞行路线、有效载蓊的控制策略弱应急备份方案，嶷成飞行控制指令。规化评估主要是将实际的飞行过程与规划过程进行比较，找如不足，提出5 62 0 0 7R a d i oE I l g i n 矬一醒V 0 1 3 7N o 1 2规划的改进方案。无人机任务规划的主要功能包括：，具有航线规划功熊，制定飞撬的起飞、降落、接：i 鬟监灏

7、点、俄察监浏区域、离开篮测点、返航及应急飞行等任务过程的飞行航线；具有标准飞行轨道生成功能，可生成常用的标准飞行辘道，翔圆形盘旋、8 字形盘旋、往复直线飞行等，存储到标准飞行轨道数据库中，以便在飞行过程中可以根据任务的需要使飞行器及时地进人和退&标准飞行孰道；具有常规的飞行航线生成、管理功能，可生成对特定区域进行搜索的常规飞行航线，存储到常瘦靛线库中，航线库中的航线在考虑了传感器特性、传感器搜索模式(包括搜索速度、搜索时间)和传感器观察方位(包括搜索半径、搜索方向、观测距离、观嚣角度)等多种因素后，爵实现对嚣标韵最佳篌察；飞行仿真演示功能，能够在数字地图上叠加飞行路线，仿真飞机的飞行过程，检验

8、飞行高度、燃油漓耗等飞行掺标豹哥嚣性；武器威胁仿真演示功能，能够在数字地图上收稿日期：2 0 0 7 罅够 万方数据专题技术与基程应震演示敬雷达、高炮和导弹等防空武器的威胁程度，使飞行器尽霹麓戆规避飞行路线主哥麓出现的防空武器的威胁；侦察效果演示仿真功能，可进行基于数字地罄瓣会藏匿豫谤算，显示京不同魏巡逻继置及苓圈的海拔高度上观察到的场景，使操作员能为执行任务选择最佳方案。2 任务规翔系统主要实现方法实现任务规划系统的方法层出不穷。比较通用的方法诸如数学怒翻、优化算法、代理(蝻t t)方法和遗传算法(G e 肿t i eA l 蒯t h m)等。程一些具体的领域，融经研究出了大量的具体方法，例

9、如加权椴架四叉树、P e|l i 网模燮秘基予慰象模型等。随着入王智能技术的发展，实现任务规鳓系统的方法越来越有效。将人工智能技术应用到任务规划系统，形成基于人王智能的援务规翅系统，对于“经过一系剃的行为、以最小成本实现目标”的问题也是菲常有效。A 冀e m 是一个运行于动态环境的具有较高自制能力的实体。其擞本目的是接受另一个实体的委托并为之提供帮助和服务，能够在该目标的驱动下主动采-取包括社交、学习等手段在内的各种必要的行为以感知、适应并对动态环境的变化进行适当的反应。遗传算法(醌n e t i e 越鼬娃e t l l 难，G A)是一种薪发震起来的优化算法，它的主要思想是利用某种编码技术

10、作用于染色体的二进制数串，模拟由这些串组成薛群体翡进化过程。通过有组绥邋，然面是随撬的信息交换来重新结合那些适应性好的串，利用上一代串结构中适应性好的位和段来生成一个新的串的群嚣。毒手遗传算法本身懿特点总麓针对菜静麓遂求出一个解，这个解不一定是最优的但一定是较优的，而且算法本身一定收敛。所以在无人机航线预规鲻系统孛哥以采焉遗转算法。+3 基于V o r o n o i 图的任务规划方法v o 摊珏o i 圈罴一种表零点或实体集合近似信息的几何结构。给定一个点或者实体集合，平面就可以划分成距离各个点或嚣实体最近距离的凸网，这令凸鬻弹称秀V 湘妊銎。通过壤匿麓够有效地将地理信息中的点、对象和区域以

11、拓扑结构表示出来，并能通过这些拓扑关系表示肉然语言中的定性荚系翻模糊地理信息，从嚣对这种定性关系进行度纛。通过V o r o n o i 图对规划环境表达的基本思路为：将藏胁孛心位爨痒力酞黼喊图的点，以藏胁大小作为V o m n o i 图邻近区域的“距离”景度，构建威胁配置戆V o 觏t o i 隧，规楚的经务是找逡旋出发点剃嚣标点付出的威胁代价最小且能完成预定任务的飞行路径。通过构造V o m n o i 图，将路径规划问题从无限维空羯搜索翔题转他兔有限维空阏搜索阕题，静路径规划只需在V o 姗o i 圈所确定的路径集合中进行。如图1 所示为根据作战想定建巍的v o r o n o i 图

12、，圆点表示对方的威胁配置，遽线段表示确嘲i 边，也就是基本路径集合。把出发点和豳标点分别与距离自身最近的V o m n o i 顶点连起来，连接出发点剡目标点的这些V 啪赫边的缀合构成了备选路径集。-、p 必咎瓣，I-t-对各种威胁源进行分析和建模是建立V o m n o i图的基础，敌方雷达、高炮、导弹、山峰及恶劣天气等上对飞行霹毙造成障褥麓高耸出峰。孀圆锥体近叛表示山峰，在飞机的1 5 l 行高度上山峰的水平截面为圆周，山峰半径和飞机距山峰中心的距离分别为d T翔霍，撞毁概率尹T(露)毒近骰表示隽：一：H 主菇m 引。威胁为雷达时，(d)表示飞机被敌方雷达探测的撬率。若雷达最大搽测半径隽霍

13、建一，飞枧距雷达的水平距离为矗，刚探测概率可近似表示势：一f O(d 如一)如(2 d(+蟊。)(矗s Z 二)。导弹的杀伤区特点，霹知其杀伤区可近似为腰鼓形，承平横截谣因的半径矗是高度的函数，并怠在菜一高度上具有最大的半径。P M(d)表示飞机被导弹击中的概率。若d M 一是导弹杀伤区域的最大半径，则杀伤穰率掰近似表汞为：一、f O(d d M。)P M(d)2i d 刖岫)(d=)。2 0 0 7 耳无线电文程弟3 7 鬈弟1 2 期5 7 万方数据专题技术与工程应用高炮威胁。高炮威胁的处理方法类似于导弹。P M(d)表示飞机被高炮击中的概率。若d c 一是敌方高炮杀伤区域的最大半径，则杀

14、伤概率可近似表示为：蹦咖L 爪+u 琵：；。飞机沿着每一条边飞行，每一点都具有一定的代价，威胁代价函数则为：r t k=工k g(d f f)。，I 2 I4 任务规划的基本流程任务规划可以从接收侦察任务开始，根据侦察任务人工选择几个航迹点。对这些点进行检验和调整，使之满足各种约束条件的需求。选用优化准则(如最短路径分析)由计算机辅助生成飞行航线。用检验准则检验航线上的每个点，若全部通过，则找到了一条可用的航线。对于未通过的点，可以通过在其附近插入新的满足条件的航迹点。再重复上述的检验，直到找到一条可用的航线为止。也可以通过修改也有的航迹点进行试探。最后，针对个别区域，进行仿真演示。除此之外，

15、还要考虑好异常应急措施，即应急航线。其主要目的是确保飞机安全返航，规划一条安全返航通道和应急迫降点，以及航线转移策略(从航线上的任意点转入安全返航通道或从安全返航通道转向应急迫降点或机场)。其规划类似于航线规划，只是不考虑侦察任务的要求，提高飞行的安全要求。规划过程大致如下：侦察任务输入：每项侦察任务规定了侦察区域等要求；确定典型航迹点，并检验；人工或计算机辅助生成飞行航线；各项因素检查，若不通过，则提出修该意见，返回；检查是否满足侦察任务要求，若不满足，则提出修该意见，返回，或修改侦察任务要求；在飞行航迹上选出最佳控制点，生成节点控指表和飞行控制注入数据；确定载荷控制策略，生成节点控指表和飞

16、行控制注入数据；仿真飞行、侦察过程，若不满意，则提出修该意见，返回。5结束语任务规划也可以归结为约束统计优化问题。为了简化问题，减小计算量，也可以将任务规划看作是可行航行路线的寻找问题。只要能保证飞机安全且能完成任务的航线就可以算作是一个解，而不一定求得最佳解。参考文献 1 周德云，李峰，蒲小勃基于遗传算法的飞机战术飞行动作决策 J 西北工业大学学报，2 0 0 2，2 0(1)：1 0 9 1 1 2 2 夏洁，高金源满足战场需求的实时飞行路径规划 J 北京航空航天大学学报，2 0 0 4。3 0(2)：9 5 9 9 3 周锐，成晓静，陈宗基战术任务规划系统研究 J 控制与决策。2 0 0

17、 4。1 9(4)：4 4 l 一4 4 7 作者简介朱剑佑男，(1 9 6 3 一)，中国人民解放军6 3 9 6 l 部队高级工程师。主要研究方向：无人机总体技术。【上接第3 页)4 结束语结合超混沌与F M D C S K 调制各自的优点，分析了基于超混沌的F M D c s K 系统在加性高斯白噪声以及信道滤波器存在的情况下误码率与信噪比的关系。仿真结果表明，在增加了系统的安全性以及鲁棒性的同时，没有降低系统的抗噪声性能。同时随着超混沌理论在科学和工程技术领域中的应用研究不断深入，以超混沌理论为基础的保密通信将逐渐取代低维混沌调制机制而日趋完善。|参考文献 1 删w M，L A u F

18、 C M，1 s E C K，e ta 1 E】【日c tA I I a l y t i c a lB i t 胁m m 曙细l h i p l e 知；c e 鸥C h a 静b d s e dc o 响m i c 8 l i s y s t e I 璐 J】m 既B a 珊c i I c I l i tS y 吐，加0 4，5 1(9)：4 7 3 4 8 1 2 K E N N E D YMP，K O L u M B A NG。K I sG。矗a I P b r f o 皿a I 吣e5 82 7R a d i oE l l g i n r i I l g、r 0 1”N o 1 2E

19、v a l u a t i o no fF MD C S KM o d u l a t i 佣i l lM u l t i n a t hE n v i r o 脚e n 协 J m E ET h 璐C i r c u“S 弘t I，2 0 0 0，4 7(1 2)：1 7 0 2 一1 7 1 1 3 M A S E、，I C I U SA，N A M A n N A SA，c E N Y SA s i m p l e4 Dc 1 1 8 0 t i c0 8 c i l】a 妇 J E l 缸D l l i 嘴I J e n e 聘，1 9 9 6，3 2(1 1)：鳄7 9 5 8 4

20、K O L U M B A NC。K I sG，K E N N E D YMP，e ta 1 U l 啡丘哦S i m l l】B t 甜D e v e l o D e di I IM a d a bE n v i r o n m e I l tt DE v a l u 且l eM u l t i p B l hP e 面m 肌c eo fF M D c S KR FS y s t e m J I E E EE l e c t r c 面c 8，c i r c u i 乜蚰dS y g t e 啦，1 9 9 9，3(7)：1 7 2 5 1 7 2 8【5 陈关荣，吕金虎【D 砌u 系统族的

21、动力学分析、控制与同步 M 北京：科学出版社，2 0 0 3 6】谌丽基于胁一D C S K 调制混沌保密通信系统的研究和D s P 实现 D 吉林大学：吉林大学通信工程学院，2 0 0 5：1 2 2 8 作者简介侯秀波女(1 9 8 3 一)，哈尔滨工程大学信通学院硕士研究生。主要研究方向：超混沌保密通信。万方数据无人机任务规划研究无人机任务规划研究作者：朱剑佑，ZHU Jian-you作者单位：中国人民解放军63961部队,北京,100094刊名：无线电工程英文刊名：RADIO ENGINEERING OF CHINA年，卷(期)：2007,37(12)被引用次数：4次 参考文献(3条)

22、参考文献(3条)1.周德云.李峰.蒲小勃 基于遗传算法的飞机战术飞行动作决策期刊论文-西北工业大学学报 2002(01)2.夏洁.高金源 满足战场需求的实时飞行路径规划期刊论文-北京航空航天大学学报 2004(02)3.周锐.成晓静.陈宗基 战术任务规划系统研究期刊论文-控制与决策 2004(04)本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.董世友.龙国庆 攻击型无人机任务规划系统浅析期刊论文-机器人技术与应用2004(6)2.柳煌.夏学知.Liu Huang.Xia Xuezhi 无人机航路规划期刊论文-舰船电子工程2008,28(5)3.高雨青.王国宏.曾安里.戴伟 无人机任务规划

23、系统会议论文-20084.胡中华.赵敏.Hu Zhonghua.Zhao Min 无人机任务规划系统研究及发展期刊论文-航天电子对抗2009,25(4)5.高晓静.智勇.陈晓峰 无人机任务规划系统体系设计期刊论文-计算机系统应用2009,18(10)6.孙汉昌.朱华勇 无人机通用路径模型及交换技术研究会议论文-20057.卢广山.朱荣刚.张红.贺建良 无人作战飞机任务系统技术会议论文-20058.林海.王静.王文涛.马培博.LIN Hai.WANG Jing.WANG Wen-tao.MA Pei-bo 基于分层处理的无人机任务规划期刊论文-无线电工程2010,40(5)9.张昉 无人机任务规划技术研究学位论文200810.董世友.龙国庆.DONG Shi-you.LONG Guo-qing 网络环境下的基于Agent的多架无人机的任务规划系统期刊论文-弹箭与制导学报2005,25(2)引证文献(4条)引证文献(4条)1.高晓静.智勇.陈晓峰 无人机任务规划系统体系设计期刊论文-计算机系统应用 2009(10)2.胡中华.赵敏 无人机任务规划系统研究及发展期刊论文-航天电子对抗 2009(4)3.姚新 无人机任务规划方法研究期刊论文-舰船电子工程 2011(9)4.张波.陈知秋.刘洋.符小卫 无人机导航监控系统设计与实现期刊论文-测控技术 2009(2)本文链接：http:/