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系統識別號 U0002-1708200913130800
中文論文名稱 無人飛行載具自動防撞辨識演算法則
英文論文名稱 Study of the Automatic Avoidance Law of Unmanned Aerial Vehicle
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 潘伯昌
研究生英文姓名 Bo-Chang Pan
學號 696430908
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-07-16
論文頁數 100頁
口試委員 指導教授-馬德明
委員-何翊
委員-蕭照焜
中文關鍵字 比例導引律  雙模式導引律 
英文關鍵字 Proportional navigation  Dual-mode guidance 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 本論文演算法則為利用對飛彈常用的比例導引律定義作改變,讓UAV能在接近障礙物時作出閃避的反應;原理是透過雷達以及紅外線得到的相對距離、接近速度、視線角和視線角變率等資訊,利用這些資料經過卡曼濾波去分析然後估算出UAV與障礙物的相對位置,藉由本論文的演算法則,讓UAV能在與障礙物接近500英呎時,它能自動閃避;而當UAV遠離障礙物500英呎後,再使用歸向導引律,是以目的地的資料,不斷對航程的方向作修正,最後導回正軌。而後在二維平面、三維空間模擬出結果。
英文摘要 We make the change for proportion guiding law definition and use it in our study, make UAV avoidance when meet the closing obstacle, we get the information that include distance、closing velocity、line-of-sight angle、line-of-sight rate form radar and infrared, use Kalman Filter to analyze the data and estimate the relationship between
UAV and obstacle, we make it avoidance automatically when the obstacle close 500 foot,after UAV far away obstacle 500 foot, final ,the guiding law will correct the direction,
and then arrive the destination.
論文目次 目錄

致謝 i
目錄 ii
圖目錄 v
附圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 無人飛機簡介 1
1.2 研究動機 7
1.3 研究方法 8
1.3.1 A-Star算演法 9
1.3.2 基因演算法 9
1.3.3 PRM方法 10
1.3.4 RRT’s方法 10
1.3.5 Voronoi圖 11
1.3.6 人工勢場法 11
1.3.7 神經網路 12
1.3.8 基於案例的算法 12
第二章 數學模式 15
2.1 三維防撞算式 15
2.2 二維縱向防撞算式 24
2.3 二維橫向防撞算式 29
2.4 擴展卡曼濾波器 33
2.5 自動防撞演算法則 35
第三章 歸向導引律 36
3.1 歸向導引原理 36
第四章 模擬結果 39
4.1 障礙物位置想定 39
4.2 XZ平面模擬 40
4.3 XY平面模擬 46
4.4 XYZ三維模擬 52
第五章 結論 58
參考文獻 60
附錄一、卡曼濾波器簡介 61
附錄二、導係數 68
線性化後的狀態方程式矩陣導數 68
3.1 XZ平面 68
3.2 XY平面 69
3.3 XYZ三維空間 73
尋標器量測矩陣導數 77
3.4 XZ平面 77
3.5 XY平面 79
3.6 XYZ三維空間 81
附錄三、感測儀 85
附錄四、航太年會投稿論文 92

圖目錄

圖 1.1 1X-45A 2
圖 1.1 2 RQ-1 3
圖 1.1 3 全球鷹 4
圖 1.1 4 Global Observer 5
圖 1.1 5 RQ-11 6
圖 2.1 1 UAV與障礙物示意圖 16
圖 2.2 1 UAV與障礙物縱向幾何關係圖 24
圖 2.3 1 UAV與障礙物二維幾何關係圖 29
圖 2.5 1避障運算流程 35
圖 3.1 1歸向導引示意圖 37
圖 3.1 2歸向導引流程圖 38
圖 4.1 1 UAV與障礙物的假想位置關係圖 39
圖 4.2 1障礙物在UAV正前方下面一百呎,UAV向上飛行 40
圖 4.2 2障礙物在UAV正前方下面二百呎,UAV向上飛行 40
圖 4.2 3障礙物在UAV正前方下面三百呎,UAV向上飛行 41
圖 4.2 4障礙物在UAV正前方下面四百呎,UAV向上飛行 41
圖 4.2 5障礙物在UAV正前方下面五百呎,UAV直線飛行 42
圖 4.2 6障礙物在UAV正前方下面六百呎,UAV直線飛行 42
圖 4.2 7障礙物在UAV正前方上面一百呎,UAV向下飛行 43
圖 4.2 8障礙物在UAV正前方上面二百呎,UAV向下飛行 43
圖 4.2 9障礙物在UAV正前方上面三百呎,UAV向下飛行 44
圖 4.2 10障礙物在UAV正前方上面四百呎,UAV向下飛行 44
圖 4.2 11障礙物在UAV正前方上面五百呎,UAV直線飛行 45
圖 4.2 12障礙物在UAV正前方上面六百呎,UAV直線飛行 45
圖 4.3 1障礙物在UAV正前方右邊一百呎,UAV向左飛行避開 46
圖 4.3 2障礙物在UAV正前方右邊二百呎,UAV向左飛行避開 46
圖 4.3 3障礙物在UAV正前方右邊三百呎,UAV向左飛行避開 47
圖 4.3 4障礙物在UAV正前方右邊四百呎,UAV向左飛行避開 47
圖 4.3 5障礙物在UAV正前方右邊五百呎,UAV不改方向直線飛行 48
圖 4.3 6障礙物在UAV正前方右邊六百呎,UAV不改方向直線飛行 48
圖 4.3 7障礙物在UAV正前方左邊一百呎,UAV向右飛行避開 49
圖 4.3 8障礙物在UAV正前方左邊二百呎,UAV向右飛行避開 49
圖 4.3 9障礙物在UAV正前方左邊三百呎,UAV向右飛行避開 50
圖 4.3 10障礙物在UAV正前方左邊四百呎,UAV向右飛行避開 50
圖 4.3 11障礙物在UAV正前方左邊五百呎,UAV不改方向直線飛行 51
圖 4.3 12障礙物在UAV正前方左邊六百呎,UAV不改方向直線飛行 51
圖 4.4 1障礙物在UAV正前方左上方一百呎,UAV向右下飛行避開障礙物 52
圖 4.4 2障礙物在UAV正前方左上方二百呎,UAV向右下飛行避開障礙物 52
圖 4.4 3障礙物在UAV正前方左上方二百呎,UAV向右下飛行避開障礙物 53
圖 4.4 4障礙物在UAV正前方左上方四百呎,UAV向右下飛行避開障礙物 53
圖 4.4 5障礙物在UAV正前方左上方五百呎,UAV向右下飛行避開障礙物 54
圖 4.4 6障礙物在UAV正前方左上方六百呎,UAV向右下飛行避開障礙物 54
圖 4.4 7障礙物在UAV正前方右下方一百呎,UAV向左上飛行避開障礙物 55
圖 4.4 8障礙物在UAV正前方右下方二百呎,UAV向左上飛行避開障礙物 55
圖 4.4 9障礙物在UAV正前方右下方三百呎,UAV向左上飛行避開障礙物 56
圖 4.4 10障礙物在UAV正前方右下方四百呎,UAV向左上飛行避開障礙物 56
圖 4.4 11障礙物在UAV正前方右下方五百呎,UAV向直線飛行 57
圖 4.4 12障礙物在UAV正前方右下方六百呎,UAV向直線飛行 57

附圖目錄

附圖 1 1卡爾曼濾波器室內溫度估算例子 67
附圖 3 1聲納探測器原理 85
附圖 3 2常見之氣壓式高度計 86
附圖 3 3 Free Flight RA 4500 Radar Altimeter & Indicator 87
附圖 3 4影像追蹤儀 88
附圖 3 5進階EO/IR(雙模式)感測器 88
附圖 3 6進階型UAV sensor 89
附圖 3 7長波IR sensor--indigo Alpha(160X120) 89
附圖 3 8長波IR sensor—Nytech MMB U400(320X240) 89
附圖 3 9雷射發現器:廣範圍、高畫質、全數位影像 90
附圖 3 10全天候探測雷達 90
附圖 3 11 Thermal Infrared Sensors (TIR) 91






參考文獻 [1] Office of Secretary of Defense, Unmanned Systems Roadmap (2007 – 2032), December, 2007.
[2] 馬德明,“雙模式導引尋標器設計研發與運用研究”,國防科技
學術研討會,鳳山,中華民國九十三年五月二十八日。
[3] A. Gelb, editor, Applied Optimal Estimation, The M.I.T. Press, 1974.
[4] P. Zarchan, Tactical and Strategic Missile Guidance, 2nd ed., Progress in Astronautics and Aeronautics, Vol. 157, AIAA, 1994.

現,淡江大學航空太空工程學系碩士論文
[5] 鄭玉祥,無人飛行載具之航電系統整合,淡江大學航空太空工
程學系碩士論文,2009。
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