复杂环境下无人机路径规划及信息采集方法的研究

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上个世纪八十年代以来,无人机(Unmanned Aerial Vehicle)路径规划受到了各国的广泛关注。由于无人机具有结构简单,造价低廉,动力可持续、和有人驾驶飞机相比安全等特点,并能够完成有人驾驶飞机无法完成的任务,被广泛应用到军事领域、农业生产、环境监测、边界管控、森林防火等领域。同样在上个世纪九年代,随着计算机技术、网络技术、硬件技术不断发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network)受到了人们的广泛关注。尤其是无线传感器网络成本低、耗能少,分布式、自组织等特点,可对监测区域进行监测,并可将信息回传给观察者。无线传感器网络主要应用在军事领域、智能家居、环境监测等方面。制约WSN发展的最主要的因素就是其自身的能耗问题。由于WSN节点需要将环境信息回传给远距离的观察者,而且信息在传输过程中需要消耗大量的能量。但是由于WSN节点的能量是一定的,这就需要改进WSN节点信息转发的策略来节省能量。但是这也只能在一定的程度上解决问题。后来人们将可移动SINK节点引入到WSN里面,由于SINK节点可以任意可移动,则大大缩短了彼此之间的通信距离,减少了能量的消耗。而UAV具有机动性强、活动范围广、可重复使用等特点,可以将UAV引入到WSN网络中代替可移动的SINK节点。这样就大大增强了WSN整个网络的性能。WSN网络生存时间主要是由WSN的能量来决定的。如果WSN收集和发送的数据比较多,并且消耗的能量比较少的话,那么整个WSN网络性能也就比较高。所以,如何降低WSN节点的能耗问题是当今需要解决的重点问题。本文主要是模拟了原始森林的地形图,并对其进行合理的建模和描述,不仅考虑了算法的效率,还考虑到了UAV实际飞行的可行性。针对复杂环境下,首先进行三维空间下的UAV路径规划。在路径规划的过程中,我们需要考虑到UAV实际飞行的可行性,同时也需要考虑到最短路径的问题。需要在UAV规划出最短路径之后再根据实际情况进行路径再规划,从而规划出一条UAV可以飞行的实际路径。在采集节点信息的过程中,UAV的飞行速度还是比较快的,需要按照一定的策略对WSN节点进行信息采集。本文主要是应用Matlab仿真工具,首先建立环境模型,其次对UAV进行路径规划仿真,并与改进之后的路径结果进行比较,通过仿真结果进行性能分析。同时,还对UAV-WSN信息采集方法进行模拟仿真,并通过能耗情况对信息采集方法进行分析和评价。
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