飞行器航迹规划

第1章 绪论 1

1.1 背景 1

1.2 飞行器航迹规划的基本要求 3

1.3 常用的航迹规划方法 5

1.3.1 规划空间表示方法 5

1.3.2 航迹搜索算法 13

1.4 当前航迹规划研究中存在的问题 16

1.5 飞行器任务分配问题 19

1.6 本书的主要内容及安排 24

第2章 飞行器航迹规划基本要素 27

2.1 规划空间的表示方法 27

2.2 飞行航迹的表示方法 31

2.3 飞行航迹的基本约束条件 32

2.4 航迹评价 34

2.4.1 影响航迹性能的主要因素 34

2.4.2 代价函数的选取 35

2.4.3 权系数的确定 37

2.5 飞行器航迹规划问题的数学描述 40

第3章 飞行器离线航迹规划方法 41

3.1 基于稀疏A*搜索的飞行器航迹规划方法 41

3.1.1 航迹节点的扩展 41

3.1.2 算法描述 46

3.1.3 仿真实验 48

3.2 基于进化计算的飞行器航迹规划方法 51

3.2.1 进化计算简介 51

3.2.2 基因编码方式 57

3.2.3 航迹评价方法 58

3.2.4 进化算子 60

3.2.5 算法描述 62

3.2.6 时间复杂性分析 63

3.2.7 仿真实验 64

3.3 飞行器多航迹规划 70

3.3.1 多峰值函数优化与进化算法 71

3.3.2 K-均值聚类 72

3.3.3 多种群进化算法 73

3.3.4 基于进化计算的飞行器多航迹规划算法描述 75

3.3.5 仿真实验 77

第4章 飞行器在线航迹规划方法 80

4.1 飞行器在线航迹再规划 80

4.1.1 节点的扩展 81

4.1.2 再规划航迹代价的重新计算 82

4.1.3 在线实时航迹再规划方法 83

4.1.4 仿真实验 85

4.2 针对静止目标的飞行器在线航迹规划方法 88

4.2.1 动态开放环境中的实时搜索算法 88

4.2.2 节点的扩展与启发式信息 90

4.2.3 算法描述 90

4.2.4 算法收敛性证明 92

4.2.5 算法改进 94

4.2.6 仿真实验 95

4.3 针对运动目标的飞行器航迹规划方法 97

4.3.1 算法描述 98

4.3.2 收敛性分析 99

4.3.3 算法改进 102

4.3.4 仿真实验 103

第5章 多飞行器协调航迹规划方法 107

5.1 问题描述 108

5.2 飞行器协调航迹规划的博弈论分析 111

5.2.1 多飞行器协调规划的博弈格局 111

5.2.2 飞行器编队组织结构 112

5.3 协同进化计算简介 115

5.4 多飞行器协调航迹规划进化算法 118

5.4.1 算法结构 118

5.4.2 基于排挤的小生境进化 119

5.4.3 航迹评价函数 120

5.4.4 博弈—协同进化过程 121

5.4.5 协调飞行中的航迹在线再规划 123

5.5 仿真实验 124

第6章 飞行器任务分配 129

6.1 任务分配的数学模型 129

6.1.1 飞行器任务分配问题描述 129

6.1.2 飞行器任务分配中的约束条件 130

6.1.3 飞行器任务分配的数学模型 132

6.2 基于对称群的邻域构造方法 134

6.2.1 邻域搜索中解的形式 135

6.2.2 邻域定义的基本形式 135

6.2.3 邻域构造方法 136

6.3 基于对称群的混合搜索策略 138

6.3.1 进化计算与禁忌搜索的结合 138

6.3.2 群论与禁忌搜索的结合 141

6.4 飞行器静态任务分配算法 143

6.4.1 编码方式 144

6.4.2 适应值函数 145

6.4.3 进化操作 146

6.4.4 算法小结 149

6.5 飞行器动态任务再分配 150

6.5.1 任务再分配的一般策略 150

6.5.2 任务再分配算法 151

6.6 仿真实验 153

附录A 博弈论基础 163

A.1 博弈论的基本概念 163

A.2 基本博弈模型 164

附录B 搜索算法的群论基础 169

B.1 群的基本概念 169

B.2 确定性规划方法与交换群 171

B.3 启发式算法与对称群 173

参考文献 176