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舰载机甲板调运路径规划与重规划
| 论文题名： | 舰载机甲板调运路径规划与重规划 |
| 关键词： | 舰载机;路径规划;快速扩展随机树算法;速度障碍 |
| 摘要： | 航空母舰既是海平面上会移动的机场，也是海军空中作战指挥中心。作为航空母舰的主要战力之一，舰载机的甲板调运能力对航母而言尤为重要，而舰载机甲板调运路径的质量对调运能力有着直接影响。飞行甲板作为舰载机起飞前执行各项任务的平台，具有高密度性和不确定性。在舰载机的甲板调运路径受未知干扰影响时，对原有路径进行重规划以保障舰载机顺利完成调运任务有利于系统的安全与稳定。本文对舰载机在甲板上的调运路径规划与重规划问题进行了研究。 首先，根据现有的舰载机甲板调运相关理论，分析了舰载机甲板调运的具体流程以及需要考虑的相关约束。在此理论基础上，建立了飞行甲板的环境模型和舰载机的运动学模型，并提出了针对舰载机甲板调运场景的碰撞检测方案。 然后，针对舰载机甲板调运过程的全局路径规划问题，提出了一种改进RRT*（RapidlyExploringRandomTreeStar）算法，其中引入了目标偏置采样策略，考虑了舰载机的转向角约束，重新定义了距离度量函数。另外，为了满足起止站位角度要求引入Reeds-Shepp曲线进行节点扩展。还提出了一种考虑非完整约束的改进RRT*算法以提高路径的可执行性。在仿真环节验证了上述三种针对不同适用场景的改进RRT*算法的可行性，并通过量化指标对所得路径质量进行评价。 接着，在已获得全局调运路径的情况下，对单舰载机甲板调运路径重规划问题进行了研究。设计了一种融合剪枝策略与综合采样策略的改进RRT*算法，进而对不同干扰场景下的重规划路径进行求解。多次仿真实验表明，所提出的重规划算法具有良好的稳定性，并能实时调整舰载机的运动路径，使其顺利到达期望站位。 最后，研究了多个舰载机同时开展调运的重规划问题。提出了一种基于互惠速度障碍原理的重规划算法，为使其适用于舰载机甲板调运场景，改进了对象膨化方式、考虑了舰载机运动约束、重新定义了最佳避障速度选择标准。仿真结果表明该算法适用于多机调运重规划场景，可有效避免多机调运时路径重合或交叉导致的碰撞。 |
| 作者： | 吴晨 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 苏厚胜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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