Крылов, Иван Геннадьевич. Разработка информационной технологии организации согласованных действий группы беспилотных летательных аппаратов при поиске мобильных наземных объектов

brief description

Крылов, Иван Геннадьевич. Разработка информационной технологии организации согласованных действий группы беспилотных летательных аппаратов при поиске мобильных наземных объектов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.01 / Крылов Иван Геннадьевич; [Место защиты: Моск. гос. авиац. ин-т].- Москва, 2012.- 143 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/4282

Министерство образования и науки РФ
Московский авиационный институт
(национальный исследовательский университет)
На правах рукописи
04201271471
КРЫЛОВ ИВАН ГЕННАДЬЕВИЧ
РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ОРГАНИЗАЦИИ СОГЛАСОВАННЫХ ДЕЙСТВИЙ ГРУППЫ
БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ПРИ ПОИСКЕ
МОБИЛЬНЫХ НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ
Специальность 05Л3.01
Системный анализ, управление и обработка информации
(Авиационная и ракетно-космическая техника)
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор
Ким Николай Владимирович
Москва 2012 г
Оглавление
Введение 4
1. Организация поиска наземных объектов 10
1.1 Поиск наземных объектов 10
1.2 Поиск наземных объектов с помощью БЛА 18
1.3 Поиск наземных объектов группой БЛА 23
1.4 Решение ЦЗ с помощью анализа ситуаций 27
1.5 Постановка задачи исследования 34
2. Разработка алгоритмов принятия решений при поиске объектов
автономной группой БЛА 36
2.1 Структура комплексного алгоритма решения целевой задачи 36
2.2 Формирование описания целевой задачи 39
2.3 Определение областей интереса 44
2.4 Распределение БЛА по подгруппам 51
2.5 Планирование маршрутов полетов БЛА 57
2.5.1 Планирование маршрута алгоритмом Ли 57
2.5.2 Планирование маршрутов в области поиска 60
2.6 Поиск и слежение за наземными объектами 65
3. Разработка алгоритмов управления, реализующих выполнение типовых
операций 71
3.1 Алгоритмы, обеспечивающие реализацию управлений БЛА в полете
по маршруту 74
3.1.1 Полет по заданным пунктам маршрута 74
3.1.2 Полет по заданной траектории 80
3.2 Полет строем с заданным интервалом и дистанцией 86
3.3 Автоматический возврат в строй или в заданный (конечный) пункт
маршрута 93
3.4 Предотвращение столкновений БЛА 94
3.4.1 Несогласованное предотвращение столкновений 95
2
3.4.2 Согласованное предотвращение столкновений 100
3.5 Типовая операция: полет по кругу 104
3.6 Типовая операция: полет по «восьмерке» 104
3.7 Структура системы автоматического управления БЛА 106
4. Экспериментальные исследования алгоритмов, входящих в комплексный алгоритм решения целевой задачи ПО
4.1 Методика проведения экспериментов 110
4.2 Оценка работоспособности алгоритма поиска наземных объектов.. 110
4.3 Оценка работоспособности алгоритма выделения областей интереса
на основе анализа ситуации 114
4.4 Оценка работоспособности алгоритма распределения БЛА по
подгруппам 117
4.5 Оценка работоспособности алгоритма планирования маршрута
модифицированным алгоритмом Ли 120
4.6 Оценка работоспособности алгоритма полета строем 124
4.7 Оценка работоспособности алгоритма предотвращения столкновения 129
4.8 Экспериментальные исследования алгоритмов управления
согласованной группой БЛА на моделях Microsoft Flight Simulator X 131
Заключение 135
Список использованных источников 137

bibliography

Заключение
В результате проведенных исследований предложена и разработана информационная технология организации согласованных действий БЛА при поиске наземных мобильных объектов основанная на анализе ситуации. Разработанная технология включает:
1. Сценарий поиска мобильных наземных объектов автономной группой БЛА, основанный на анализе текущей ситуации, определяющей условия поиска;
2. Методика формирования описаний целевых задач, основанная на использовании баз данных и описаний уникальных атрибутов объектов и условий поиска;
3. Методика анализа ситуаций для выделения областей интереса, основанная на использовании баз данных и набора продукционных правил;
4. Методика и алгоритм планирования наблюдений, реализующих с бортов БЛА при наличии априорной неопределенности относительно областей интереса;
5. Алгоритмы и программное обеспечение для организации управления группой БЛА на основе использования типовых операций, реализующие:
• автоматический полет по заданной траектории (по маршруту). В частности, по заданным промежуточным пунктам маршрута;
• полет строем с заданным интервалом и дистанцией;
• полет по типовым траекториям наблюдения (круг, восьмерка);
• автоматический возврат в строй или в заданный (конечный) пункт маршрута;
• определение и предотвращение опасного сближения БЛА.
6. Комплексный алгоритм решения целевых задач группой БЛА, основанный на использовании методик и алгоритмов по пунктам 1¬5. Алгоритм включает процедуры:
• выделение областей интереса на основе анализа ситуации;
• распределения БЛА на подгруппы;
• планирование маршрутов для подгрупп БЛА;
• организация полет до области поиска;
• проведение поиска объектов;
• организация возврат в область ожидания.
Результаты исследований, проведенные с помощью математического и полунатурного моделирования подтверждают работоспособность предлагаемых решений и возможность реализации разработанных алгоритмов на перспективных бортовых вычислителях, в т.ч. для малоразмерных БЛА