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基于快速MPC的固定翼无人机空中着陆抗扰控制
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作者 张啸天 廖飞 何德峰 《高技术通讯》 北大核心 2025年第5期535-547,共13页
针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)与舰载飞行平台间空中着陆的末段控制问题,提出一种基于快速模型预测控制(model predictive control,MPC)的固定翼无人机空中着陆抗扰控制方法。结合固定翼无人机动力学模型,在气流坐标... 针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)与舰载飞行平台间空中着陆的末段控制问题,提出一种基于快速模型预测控制(model predictive control,MPC)的固定翼无人机空中着陆抗扰控制方法。结合固定翼无人机动力学模型,在气流坐标系下对外界风扰动及着陆过程中抵近乱流扰动进行精确建模。设计拓展状态观测器(extended state observer,ESO),估计空中着陆末段过程的系统状态和特殊集总扰动,实现扰动有效补偿。进一步,根据固定翼无人机纵-横向的解耦动力学模型将固定翼无人机的空中着陆控制问题描述为约束下有限时域最优控制问题即MPC问题,并构建针对近端随机障碍的线性化约束;应用拉格朗日法和滚动时域优化原理,获得MPC问题在约束条件下的近似最优解。数值对比仿真实验验证了所提出的空中着陆扰动补偿解耦控制方法具有较好的抗扰性能及实时性能,能够满足空中自动对接着陆的任务需求。 展开更多
关键词 固定翼无人机 空中着陆控制 模型预测控制 拓展状态观测器 解耦控制
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Energy-efficient joint UAV secure communication and 3D trajectory optimization assisted by reconfigurable intelligent surfaces in the presence of eavesdroppers
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作者 Huang Hailong Mohsen Eskandari +1 位作者 Andrey V.Savkin Wei Ni 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期537-543,共7页
We consider a scenario where an unmanned aerial vehicle(UAV),a typical unmanned aerial system(UAS),transmits confidential data to a moving ground target in the presence of multiple eavesdroppers.Multiple friendly reco... We consider a scenario where an unmanned aerial vehicle(UAV),a typical unmanned aerial system(UAS),transmits confidential data to a moving ground target in the presence of multiple eavesdroppers.Multiple friendly reconfigurable intelligent surfaces(RISs) help to secure the UAV-target communication and improve the energy efficiency of the UAV.We formulate an optimization problem to minimize the energy consumption of the UAV,subject to the mobility constraint of the UAV and that the achievable secrecy rate at the target is over a given threshold.We present an online planning method following the framework of model predictive control(MPC) to jointly optimize the motion of the UAV and the configurations of the RISs.The effectiveness of the proposed method is validated via computer simulations. 展开更多
关键词 unmanned aerial systems(UASs) unmanned aerial vehicle(uav) Communication security Eaves-dropping Reconfigurable intelligent surfaces(RIS) Autonomous navigation and placement path planning model predictive control
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基于DBN威胁评估的MPC无人机三维动态路径规划 被引量:14
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作者 高晓光 李青原 邸若海 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第11期2199-2205,共7页
模型预测控制(model predictive control,MPC)路径规划算法适用于三维动态环境下的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)路径规划;动态贝叶斯网络(dynamic Bayesian network,DBN)能够有效推理战场态势,对无人机进行威胁评估。针对威胁... 模型预测控制(model predictive control,MPC)路径规划算法适用于三维动态环境下的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)路径规划;动态贝叶斯网络(dynamic Bayesian network,DBN)能够有效推理战场态势,对无人机进行威胁评估。针对威胁尾随无人机时的路径规划问题,构建DBN威胁评估模型,将UAV在战场环境中的威胁态势用威胁等级概率表示,与MPC路径规划算法相结合,得到基于DBN威胁评估的MPC UAV路径规划算法。通过多组仿真分析表明,在三维动态环境下,特别是威胁尾随无人机时,基于DBN威胁评估的MPC无人机路径规划算法可以得到有效的无人机路径。 展开更多
关键词 无人机 路径规划 模型预测控制 动态贝叶斯网络 动态威胁评估
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基于模型预测控制的多无人机避碰航迹规划研究 被引量:18
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作者 李相民 薄宁 代进进 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期513-522,共10页
针对无人机编队内避碰问题,提出一种可实时机间避碰以及多碰撞冲突管理的多无人机协同航迹规划方案。通过对UAV编队避碰问题进行分析,采用分布式模型预测控制(decentralized model predictive control,DMPC)方法,将其转换为滚动在线优... 针对无人机编队内避碰问题,提出一种可实时机间避碰以及多碰撞冲突管理的多无人机协同航迹规划方案。通过对UAV编队避碰问题进行分析,采用分布式模型预测控制(decentralized model predictive control,DMPC)方法,将其转换为滚动在线优化问题。设计了避碰管理单元,采用交互图更新机制解决多碰撞管理问题,运用基于角度变化的协同避碰规则,解决了分布式避碰问题的动作一致性问题。仿真结果表明,该方案可以有效解决4架无人机间多碰撞冲突问题,同时代价更小。 展开更多
关键词 Dmpc 无人机 避碰 航迹规划 交互图
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威胁联网下无人机路径在线规划 被引量:18
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作者 田阔 符小卫 高晓光 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期367-373,共7页
文章以火力单元为威胁建立威胁联网模型,分析了威胁联网对火力单元的雷达扫描区和杀伤区的影响,以及威胁联网对路径规划的影响;针对威胁联网下各主动威胁进行信息交流与资源共享的模式,提出了适用于威胁联网的目标指示概率,并以威胁对... 文章以火力单元为威胁建立威胁联网模型,分析了威胁联网对火力单元的雷达扫描区和杀伤区的影响,以及威胁联网对路径规划的影响;针对威胁联网下各主动威胁进行信息交流与资源共享的模式,提出了适用于威胁联网的目标指示概率,并以威胁对无人机的探测概率为基础,给出了简化的威胁联网模型。根据雷达响应时间和导弹外部飞行时间提出了威胁时间窗概念,并结合威胁联网模型改进了威胁代价目标函数。最后运用模型预测控制算法进行仿真,通过对比说明基于威胁联网模型的改进算法的有效性和合理性。 展开更多
关键词 无人机 在线路径规划 威胁联网 模型预测控制 威胁时间窗
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基于模型预测控制的无人机时空协同航迹规划 被引量:3
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作者 顾海艳 陈亮 王多点 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2021年第23期270-279,共10页
为了求解同时实现空间协同和时间协同的多无人机时空协同问题,提出了基于分布式模型预测控制的多无人机在线协同航迹规划的方法。建立了由MPC(Model Predictive Control,)控制器、空间协同模块和时间协同模块组成的多无人机分布式时空... 为了求解同时实现空间协同和时间协同的多无人机时空协同问题,提出了基于分布式模型预测控制的多无人机在线协同航迹规划的方法。建立了由MPC(Model Predictive Control,)控制器、空间协同模块和时间协同模块组成的多无人机分布式时空协同航迹规划框架结构。MPC将时空协同问题转化为滚动优化问题,优先级的方法实现了空间协同和时间协同的解耦,同时改进了碰撞冲突消解规则,并设计了时间冲突消解规则,解决了分布式时空协同问题的动作一致性问题。仿真实验表明,该方法可以有效地实现多无人时空协同航迹规划。 展开更多
关键词 模型预测控制 多无人机 协同航迹规划 冲突消解
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面向海上目标搜索任务的多无人机协同航路优化 被引量:3
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作者 姚鹏 綦声波 解则晓 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期147-152,共6页
提出了一种面向多无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)协同搜索海上目标任务的航路优化方法。首先,分析多无人机协同航路优化问题的基本要素模型。然后,在对各UAV独立维护的目标概率图信息进行探测更新的基础上,采用状态预测一致性算... 提出了一种面向多无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)协同搜索海上目标任务的航路优化方法。首先,分析多无人机协同航路优化问题的基本要素模型。然后,在对各UAV独立维护的目标概率图信息进行探测更新的基础上,采用状态预测一致性算法实现目标概率图信息的快速融合。最后,同时考虑局部搜索收益与未来搜索收益,采用分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)方法优化各UAV的搜索航路。仿真结果表明,本研究提出的方法具有较高的搜索效率,可有效应用于海上目标的快速搜索任务,具有重要的应用价值。 展开更多
关键词 无人机 搜索海上目标 航路优化 状态预测一致性算法 分布式模型预测控制
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