17091

17091

طراحي و تحليل سيستم هدايت خودكار يك گروه پرنده بدون سرنشين همكار در تعقيب يك هدف متحرك

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

آذر ماه 1395

دكتر اسماعيل خان ميرزا

مكانيك

سيستم هاي بدون سرنشين براي دهه هاي متوالي مورد توجه محققان قرار گرفته اند و كاربردهاي آن ها در حوزه غير نظامي در حال افزايش است. خودكاري و همكاري دو مشخصه اي هستند كه توانايي هاي بسياري را براي اين سيستم ها فراهم كرده و كاربردهاي متنوعي را منجر مي شوند. هدف تحقيق حاضر طراحي و شبيه سازي استراتژي هاي هدايت همكار و خودكار براي پهپادها به منظور انجام ماموريت تعقيب هدف متحرك و سپس هدايت اجباري آن به موقعيت مورد نظر است. ابتدا يك فرمول بندي رياضي براي تعريف منطقه عمليات شامل انواع مختلف تهديدات و موانع در يك چارچوب واحد ارائه شده است. استراتژي هاي هدايت قانون پايه به منظور تعقيب هدف متحرك ارائه شده است كه شامل الزامات تكميل ماموريت محوله، اجتناب از موانع و مناطق پرواز ممنوع، كمينه كردن سطح تهديدات، اجتناب از برخورد و در نظر گرفتن قيود ديناميكي و ارتباطي پهپادها است. همكاري تيم پهپاد توسط كمينه كردن يك تابع هزينه مدل شده كه بر اساس سطح تهديدات هر كدام از پهپادها و فاصله هر كدام از هدف ايجاد شده است. به واسطه همكاري منطقه مورد پوشش سنسورهاي موجود در پهپادها افزايش پيدا كرده، انعطاف پهپادها براي يافتن مسير پروازي بهتر افزايش يافته و تخمين ها به علت افزايش منابع اندازه گيري بهبود پيدا كرده اند. براي منحرف كردن و تغيير مسير هدف به سمت موقعيت دلخواه تيم تعقيب كننده، استراتژي همكار ديگري بر اساس الگوريتم آرايش چند ضلعي متغير طراحي شده است. در انتها كارايي الگوريتم ها در يك محيط شبيه سازي به كمك نرم افزار متلب مورد ارزيابي قرار گرفته است. اين شبيه سازي ها شامل ديناميك پرنده ها، مدل اندازه گيري و اجراي گسسته الگوريتم هدايت مي شود. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه الگوريتم هاي پيشنهادي موفق به ايجاد مسيرهاي پروازي مناسب با توجه به الزامات و اهداف ماموريت شده اند.

1395/11/03

1/1/1900 12:00:00 AM

Unmanned systems have been the subject of interest to researchers for several decades an​d their applications are expending in military an​d civilian areas. Autonomy an​d cooperation are two characeristics which improve the capability of these systems an​d provide various applications. The objective of this thesis is to design an​d simulate the cooperative guidance algorithm for autonomous UAVs in order to track a dynamic target an​d lead it to a desired position. First, a mathematical formulation is developed to represent the area of operation that contains various types of threats, obstacles, an​d restricted areas, in a single framework. The autonomous guidance strategies are developed by using a rule-based expert system approach with the requirements of completing assigned mission o​r task, avoiding obstacle/restricted-areas, minimizing threat exposure level, considering the dynamic an​d communication constraints of the UAVs an​d avoiding collision. Cooperation of multiple UAVs is modeled by minimizing a cost function, which is constructed based on the level of threat exposure for each UAV an​d distance of each UAV relative to the target. This improves the performance of the system in the terms of increasing the total area of coverage of the sensors onboard the UAVs, increasing the flexibility of the UAVs to search for better trajectories in terms of obstacle/restricted area avoidance an​d threat exposure minimization, an​d improving the estimation by providing additional sources of measurement. Based on a variable polygon formation a cooperation strategy is designed to avert the target to the trackers desired position. Finally, the performances of the algorithms are eva​luated in a MATLAB simulation environment, which includes the dynamics of each vehicle involved, the models of sensor measurement an​d data communication with different sampling rates, an​d the discrete execution of the algorithms. The simulation results demonstrate that the proposed algorithms successfully generate the trajectories that satisfy the given mission objectives an​d requirements.