多特征融合的旋翼无人机能耗优化路径规划方法研究

发布时间：2022-02-19 09:20

　　近年来,旋翼无人机以其轻便、灵活,且成本低的特性在军用和民用领域均得到了广泛应用。然而,受限的续航能力成为旋翼无人机在各类应用中的瓶颈:首先,轻便、灵活的特点使得旋翼无人机无法携带太多的能源;其次,与固定翼无人机比较,旋翼无人机由于需要通过旋翼直接克服重力的机械特点,导致其本身的能耗较高。受制于当前的工业技术水平,改进旋翼无人机本身的续航能力是困难的。因此,当前的研究热点是如何通过改进旋翼无人机在应用中的使用方式来优化飞行能耗,以增强其续航能力。其目标在于增加旋翼无人机单次充能后的续航距离,以加强其在实际应用中的任务执行能力。飞行遍历场景中的多个特定位置点是旋翼无人机在诸多应用中的主要任务,遍历路径是决定旋翼无人机飞行方式的关键。因此,通过路径规划来优化无人机的能耗就成为其应用中的主要能耗优化手段。现有针对旋翼无人机的路径规划研究工作,多致力于最短路径的获得,以此达到包括能耗在内的相关指标优化。然而,实际的飞行实验证明:旋翼无人机的能耗不仅与飞行距离有关,而且与飞行中的转弯情况也有关,并且以折线路径还是弧线路径转弯对飞行能耗的影响也是不同的。为此,本文在旋翼无人机的能耗优化路径规划方法... 

【文章来源】：西北大学陕西省211工程院校

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 路径规划算法
        1.2.2 任务量优化的方法
        1.2.3 基于能耗模型的方法
    1.3 研究内容与本文创新
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 本文创新
    1.4 本文组织结构
第二章 多特征融合的无人机飞行能耗估计模型
    2.1 概述
    2.2 真实飞行实验设计与数据采集
        2.2.1 实验设备及环境
        2.2.2 飞行实验设计
        2.2.3 飞行实验数据采集
    2.3 能耗估计模型
        2.3.1 转角与飞行能耗间的关系
        2.3.2 转角与距离融合的折线路径能耗估计模型
        2.3.3 弧线路径能耗估计模型
    2.4 能耗估计模型的真实飞行实验验证
    2.5 本章小结
第三章 转角与距离融合的无人机能耗优化路径规划
    3.1 概述
    3.2 转角与距离融合的无人机能耗优化路径规划模型
        3.2.1 问题建模
        3.2.2 模型分析
    3.3 转角与距离融合的无人机能耗优化路径规划算法
    3.4 仿真实验与真实飞行实验
        3.4.1 实验评价指标
        3.4.2 仿真实验及结果分析
        3.4.3 真实飞行实验及结果分析
    3.5 本章小结
第四章 基于弧线特征的无人机能耗优化路径规划
    4.1 概述
    4.2 基于弧线特征的能耗优化路径规划模型
        4.2.1 问题建模
        4.2.2 模型分析
    4.3 两阶段能耗优化路径规划算法
    4.4 仿真实验
        4.4.1 实验评价指标
        4.4.2 仿真实验及结果分析
    4.5 本章小结
第五章 可持续充电的无人机能耗优化路径规划
    5.1 概述
    5.2 充电桩位置与路径的关系分析
        5.2.1 充电桩位置的分析
        5.2.2 充电桩与飞行路径
    5.3 含充电桩的能耗优化路径规划模型
        5.3.1 问题建模
        5.3.2 模型分析
    5.4 含充电桩的无人机能耗优化路径规划算法
    5.5 仿真实验
        5.5.1 实验评价指标
        5.5.2 仿真实验及结果分析
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]电动网约车充电站布局优化研究[J]. 王丽丽,刘昕.  计算机工程与应用. 2019(14)
[2]Energy-Efficient Trajectory Planning for UAV-Aided Secure Communication[J]. Qian Wang,Zhi Chen,Hang Li.  中国通信. 2018(05)
[3]基于数据价值的无人机数据收集方法[J]. 徐丹,李伟,王安文,范浩楠,龚晓庆,陈晓江,房鼎益.  软件学报. 2017 (12)
[4]大规模无线传感网络数据收集的无人机路径规划[J]. 汪成亮,严君辉.  北京理工大学学报. 2015(10)
[5]一种利用改进A*算法的无人机航迹规划[J]. 占伟伟,王伟,陈能成,王超.  武汉大学学报(信息科学版). 2015(03)
[6]基于Dubins路径的无人机避障规划算法[J]. 关震宇,杨东晓,李杰,尚雅玲,江志清.  北京理工大学学报. 2014(06)



本文编号：3632642