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题目无人机自主飞行航迹规划问题

摘要

本文分别研究了基于二维平面和三维空间的最优航迹规划问题。

对于第一问，我们在忽略地形和无人机操作性能等因素影响的基础上，将影响无人

机飞行的“敌方雷达威胁”和“飞行燃油代价”两个因素进行了量化处理，建立了雷达

威胁模型和燃油代价模型，并在这两个模型的基础上建立了基于二维平面的最优航迹规

划模型。在求解该模型时，我们依据图论中的相关理论，将二维平面划分成了若干网格，

然后使用Dijkstra算法来求最优航迹。

对于第二问，我们在第一问的模型的基础上，同时考虑了地形因素和无人机的操作

性能（主要是拐弯），增加了“无人机飞行高度代价”和“无人机操作性能”两个指标，

并对其进行了量化处理。同时，我们对雷达威胁模型进行了适当的简化，建立了一个较

复杂的、基于三维空间的最优航迹规划模型。在求解该模型时，我们将三维空间划分为

若干个小方块，在“无人机操作性能”作为补充约束条件的基础上，采用蚁群算法，得

到了最优航迹。

在建立以上两个模型的基础上，我们对每个模型的可行性分别进行了分析。由于规

划的约束条件众多而且模糊性大、研究的各因素之间的相互联系及不同种类无人机的控

制方式和任务情况各异，因而模型存在着一定的缺陷。我们用MATLAB对建立的两个模

型进行了仿真，分别得到了基于二维平面的最优航迹和基于三维空间最优航迹。此外，

我们分析了所建模型的优缺点，并对模型的完善进行了进一步的探索。

关键词：最优航迹Dijkstra算法蚁群算法MATLAB仿真

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目录

1.问题的重述2

2.问题的分析

3.模型假设

4.符号说明

5.模型的建立

5.1问题一模型的分析、建立与求解

5.2问题二模型的分析、建立与求解

6.模型的可行性分析与仿真

6.1模型的可行性分析

6.2模型的仿真

7.模型的评价、改进及推广

8.参考文献-

9.附录-

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一、问题的重述

无人机的发展至今已有70多年的历史，其军事应用主要是执行各种侦察任务。随

着无人机平台技术和机载遥感技术的不断发展，它的军事应用范围已经得到大大的扩

展，并且这种扩展还将持续下去，如通信中继、军事测绘、电子对抗、信息攻击等。特

别是精确制导武器技术的发展，又使它成为搭载这种武器的理想平台。

众所周知，“自主飞行”的能力是无人驾驶飞机所必须具有的。如果要实现无人驾

驶飞机的自主飞行,那么就要求无人驾驶飞机具有相当程度的飞行航迹规划能力。无人

机的航迹规划是指其为了圆满完成任务而作的计划。它往往指单机在初始位置、终止位

置和一些目标任务结点确定之后的航迹规划问题,其基本功能是根据无人机的性能和飞

经的地理环境、威胁环境等因素,对已知的目标规划提出满足要求的航迹,以便在实际飞

行时可以根据需要进行实时的局部修改。

现在要讨论如下的情况：

假定无人机的活动范围为20km×20km的区域，无人机起点的平面坐标为[1,2](单

位：km),攻击目