Диссертация (Планирование маршрута полета легкого беспилотного летательного аппарата с учетом действия ветра), страница 2
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Планирование маршрута полета легкого беспилотного летательного аппарата с учетом действия ветра". PDF-файл из архива "Планирование маршрута полета легкого беспилотного летательного аппарата с учетом действия ветра", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 2 страницы из PDF
В этомотношении этап полета по маршруту является одним из наиболее перспективных.В то же время организация автоматического планирования маршрута полета наэтапе предполетной подготовки повышает требования к соответствующемуматематическому и программно-алгоритмическому обеспечению. То, что задачапланирования маршрута должна решаться на этапе предполетной подготовкиозначает, что она решается в условиях ограниченных вычислительных ивременных ресурсов. Это обстоятельство предъявляет дополнительные требованияксоответствующемуматематическомуипрограммно-алгоритмическомуобеспечению, разрабатываемому для решения задач маршрутизации полета.Задача планирования маршрута полета актуальна для БПЛА любых типов.Однако в данной работе рассматриваются так называемые легкие БПЛА.
Основнойособенностью таких аппаратов является то, что на этапе маршрутного полета дляних существенным является воздействие ветра, поскольку их воздушная скоростьсопоставима со скоростями ветра, при которых допускается эксплуатация такихаппаратов.8Актуальность темы диссертационной работы обусловлена тем, что решениезадачи предполетной маршрутизации является важным этапом подготовки полетабеспилотныхлетательныхаппаратов,непосредственновлияющимнаэффективность их целевого применения. Кроме того, разработка алгоритмовпредполетной маршрутизации играет существенную роль в повышении уровняавтоматизации управления целевым функционированием БПЛА, ведущего, вконечном итоге, к повышению надежности беспилотного информационногокомплекса за счет уменьшения влияния «человеческого фактора».
Разработкаметодик и алгоритмов оптимальной маршрутизации полета легких БПЛА, а такжесоздание программно-алгоритмического обеспечения, реализующего указанныеметодики и алгоритмы, позволит в перспективе создать прототип программногокомплекса, потребляющий аппаратные ресурсы, доступные в компактной,переносной реализации, и обеспечивающий эффективную работу операторов,обслуживающих легкие БПЛА.Таким образом, диссертационная работа посвящена решению актуальнойтехническойзадачипланированияразработкимаршрутаполетаметодиклегкогопредполетногоБПЛАсоптимальногоучетомограничений,обусловленных техническими характеристиками аппарата, с учетом действия ветрав зоне полета.Объект исследования.
В диссертационной работе в качестве объектаисследования рассмотрен легкий беспилотный летательный аппарат.Предмет исследования. Методика планирования маршрута полета легкогоБПЛА является предметом исследования в данной диссертационной работе.Целью работы являетсяпрограммно-алгоритмическогомаршрутаполетаэффективности.легкогоразработкаобеспеченияБПЛАвметодик и реализующего ихпланированияинтересахповышенияоптимальногоего целевой9Для достижения поставленной цели решены следующие научно-техническиезадачи: Предложен единый подход к математической формализации ирешению задач оптимального планирования маршрута полета легкогоБПЛА на основе аппарата булева линейного программирования; Разработаны методики оптимального планирования как разомкнутых,так и замкнутых маршрутов полета легкого БПЛА с возможностьюучета ограничения на время полета как для равноценных, так инеравноценных маршрутных точек; Разработано программно-алгоритмическое обеспечение оптимальногопланирования маршрута полета легкого БПЛА; Разработан программный комплекс оптимального планированиямаршрута полета легкого БПЛА.Методы исследования.
В диссертационной работе основными являютсяметодысистемногоанализа,исследованияопераций,булевалинейногопрограммирования и многокритериальной оптимизации.Научная новизна результатов диссертационной работы заключается вследующем:1. Показано, что разомкнутые наискорейшие маршруты облетазаданныхточек не обладают свойствами, присущими замкнутым маршрутам. В частности,для разомкнутых наискорейших маршрутов в отличии от замкнутых можетнаблюдаться эффект уменьшения времени полета по наискорейшему маршруту сростом скорости ветра.2. Предложен единый подход к математической формализации различныхпостановок задач планирования оптимального маршрута полета легкого БПЛА наосновеаппаратабулевалинейногопрограммированияспоследующимиспользованием при получении решения эффективной в вычислительном планепроцедуры итеративного исключения «подциклов».103.
Предложен и решен ряд новых постановок задач планирования маршрутовполета легких БПЛА, предусматривающих использование разомкнутых маршрутовполета с возможностью выбора точки старта и (или) финиша.4. Предложена методика, позволяющая с учетом действия ветра в зоне полетанаходить множество маршрутов легкого БПЛА, каждый из которых связываетмаксимальновозможноеколичествоизвестнымобразомрасположенныхравноценных точек, с учетом ограничения на продолжительность полета, а такжепринадлежащийэтомумножествупредусматриваетпоследовательноенаискорейшийрешениедвухмаршрут.определеннымМетодикаобразомсоставленных, связанных между собой задач булева линейного программирования.5. Предложена методика, позволяющая с учетом действия ветра в зоне полетанаходить множество маршрутов легкого БПЛА, каждый из которых с учетомограничения на продолжительность полета связывает такое подмножествоизвестным образом расположенных неравноценных точек, что эффект от ихвключения в маршрут является максимальным.
Методика также предусматриваетсужение найденного множества оптимальных решений путем нахождения паретооптимального множества маршрутов. При этом в качестве дополнительныхпоказателей эффективности используется фактическое время полета по маршрутуи количество точек в него входящих.6.Проведенанализнескольких разработанных авторомвариантовпрограммно-алгоритмического обеспечения оптимальной маршрутизации полеталегкого БПЛА в поле постоянного ветра. На основе анализа полученных оценокбыстродействия, требующегося объема оперативной памяти и предельныхразмеров устойчиво решаемых задачбыло продемонстрировано преимуществопрограммно-алгоритмического обеспечения, в котором используются процедурапоследовательного исключения подциклов и функция cplexbilp пакета CPLEX.7.
Предложены принципы построения, а также соответствующий импрограммный комплекс решения задач планирования полета легких БПЛА.11Особенностью разработанного программного комплекса является его открытаяархитектура,атакженаличиебыстродействующегопрограммногоядра,использующего функцию cplexbilp пакета CPLEX, и специализированногопериферийного программного обеспечения, обеспечивающего работу ядра.Практическаязначимостьрезультатовисследования.Результаты,полученные в диссертационной работе, могут быть востребованы как приэксплуатации легких БПЛА, так и при создании перспективных образцов такихаппаратов.
В частности, разработанные методики и программно-алгоритмическоеобеспечение могут использоваться для:1. Предполетного планирования оптимальных маршрутов облета заданныхсвоим положением точек с учетом действия в зоне полета, что обеспечит экономиюэнергетических ресурсов аппарата и повысит оперативность решения целевойзадачи в том числе с учетом ограничений на время полета и возможнойнеравноценностью включения различных точек в маршрут.2.
Моделирования оптимального маршрутного полета с учетом действияветра в зоне полета, ограничения на время полета и неравноценности маршрутныхточек для замкнутых и разомкнутых маршрутов в интересах оценки эффективностицелевого функционирования существующих и перспективных БПЛА.3. Разработки макета программного комплекса оптимального оперативногоуправления маршрутным полетом легкого БПЛА.Результаты диссертационной работы внедрены и используются в учебномпроцессе кафедры «Системный анализ и управление» МАИ.
По материалам ирезультатам проведенных при выполнении диссертационной работы исследованийподготовлено учебно-методическое пособие «Оптимальная маршрутизация полеталегких беспилотных ЛА: Методические разработки для проведения групповыхпрактических занятий магистров по дисциплине «Научный семинар по динамикеполета и управлению аэрокосмическими системами». - М.: Кафедра 604 МАИ,2017. Данное пособие предназначено для обучения магистров по программе12«Динамика полета и управление аэрокосмическими системами» в рамкахнаправления 24.04.03 «Баллистика и гидроаэродинамика».Достоверность и обоснованность научных положений и полученныхрезультатов обеспечивается корректным использованием математических методов,а также четкой формулировкой допущений и условий, в рамках которыхпроводились расчеты и были получены основные результаты.Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту.1.
Методика математической формализации и решения задачи планированиямаршрута полета легкого БПЛА с использованием эффективной в вычислительномплане процедуры итеративного исключения «подциклов».2. Методика нахождения маршрута облета максимального количестваравноценных точек за минимальное время, не превосходящее допустимое, с учетомвоздействия на БПЛА постоянного ветрового поля.3. Методика нахождения множества маршрутов облета неравноценных точекс учетом ограничения на время полета и воздействия на БПЛА постоянноговетрового поля, а также его сужения с использованием дополнительныхпоказателей эффективности.4. Программный комплекс планирования маршрута полета легких БПЛА,имеющий открытую архитектуру и оснащенный дружественным графическиминтерфейсом.Апробация работы и публикации.
Результаты диссертационной работыдокладывались и получили одобрение на:- Научных семинарах кафедры «Системный анализ и управление» Московскогоавиационного института;- 13-ой Международной конференции «Авиация и космонавтика - 2014» (г.Москва, МАИ, 18-21 ноября 2014г.);13- 20-ой Международной научной конференции «Системный анализ, управлениеи навигация» (г. Евпатория, Крым, 28 июня - 5 июля 2015г.)- 14-ой Международной конференции «Авиация и космонавтика - 2015» (г.Москва, МАИ, 16-20 ноября 2015г.);- 42-ой Международной молодежной научной конференции «Гагаринскиечтения – 2016» (г. Москва, МАИ, 12-15 апреля 2016г.);- 15-ой Международной конференции «Авиация и космонавтика - 2016» (г.Москва, МАИ, 14-18 ноября 2016г.);- 43-ой Международной молодежной научной конференции «Гагаринскиечтения – 2017» (г.