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[学位论文] 高鹏西安理工大学 2020年硕士导师: 赵太飞;袁麓共77页

摘要 : 在军事领域中，无人机集群通常会面对强电磁干扰、无线电监听等复杂的作战环境，为了能够保障复杂环境下无人机集群内隐秘、稳定的机间通信，利用无线紫外光重构机间通信网络的研究方向越来越被研究学者们所重视。在利用机载无线紫外光设备恢复无人机... 展开在军事领域中，无人机集群通常会面对强电磁干扰、无线电监听等复杂的作战环境，为了能够保障复杂环境下无人机集群内隐秘、稳定的机间通信，利用无线紫外光重构机间通信网络的研究方向越来越被研究学者们所重视。在利用机载无线紫外光设备恢复无人机集群内部通信网络之前，机间共享信息的减少势必会增加无人机之间碰撞的概率。本文以搭载无线紫外光设备的无人机集群为对象，针对无人机之间防碰撞的问题进行研究，具体的研究内容如下： (1)针对搭载无线紫外光设备的无人机集群内部防碰撞问题，研究了基于单目标轨迹预测的无线紫外光无人机机间避让算法。本文利用机载无线紫外光设备的覆盖特点、无人机运动特点改进了增强矢量场直方图算法，并结合单目标轨迹预测算法实现了路径规划中临近无人机轨迹的预测，为避让提供了更准确的位置信息。仿真结果表明，改进后的算法避让路径平滑、无明显抖动，在两种运动场景中的避让路径总长度减少了约3%，路径规划时间减少了约20%。 (2)在实际应用中，无人机集群内部将要面临多无人机之间的防碰撞问题，因此如何实现快速、准确的避让是无人机集群作业中必不可少的研究部分。本文分析并提出了机载无线紫外光设备的覆盖模型一无线紫外光虚拟围栏模型，概述了多目标轨迹预测模型的构建过程，推导了基于无迹变换的高斯混合概率密度滤波迭代公式，设计了一种基于目标轨迹预测的无线紫外光无人机机间避让预警策略，开发了一套基于目标轨迹预测的无线紫外光无人机机间避让预警仿真展示平台。仿真结果表明，改进后的避让算法能够实现多个动态目标的局部避让、避让轨迹平滑，未出现局部极小等问题。综上所述，本文所提出的无线紫外光蜂群无人机避让预警方法能够实现对单个动态目标或者多个动态目标的避让预警，并且避让路径长度短、耗时少、轨迹平滑。收起

关键词 : 无人机集群无线紫外光设备轨迹预测避让预警

2. 紧急避让工况智能车轨迹跟踪控制算法研究

[学位论文] 滕飞吉林大学 2022年硕士导师: 王军年共127页

摘要 : 近年来，随着人工智能、物联网、大数据等新一代电子信息技术的快速发展，电动化、网联化和智能化已然成为汽车未来的发展方向。自动驾驶技术作为汽车智能化的核心技术，为改善交通拥堵、车辆行驶安全和乘坐舒适性提供了巨大保障。本文围绕选题“紧急... 展开近年来，随着人工智能、物联网、大数据等新一代电子信息技术的快速发展，电动化、网联化和智能化已然成为汽车未来的发展方向。自动驾驶技术作为汽车智能化的核心技术，为改善交通拥堵、车辆行驶安全和乘坐舒适性提供了巨大保障。本文围绕选题“紧急避让工况智能车轨迹跟踪控制算法研究”，研究自动驾驶车辆在实施紧急避障过程中的典型路径规划、轨迹跟踪控制和车辆稳定性控制问题，以实现车辆的紧急避障安全。论文主要研究内容如下：第一，在国内外研究现状调研基础上，明确全文研究内容和技术路线。围绕论文选题，分析论文研究背景与意义，综述智能车路径规划国内外研究现状、智能车轨迹跟踪国内外研究现状、智能车底盘稳定性控制国内外研究现状，提出本文研究内容与技术路线。第二，研究基于Frenet坐标系的智能车动态路径规划算法。首先推导Frenet坐标系与Cartesian坐标系的坐标转换关系；在Frenet坐标系下分别采用5次、4次多项式规划横纵向候选轨迹集；基于安全距离和边缘膨胀方法对候选轨迹进行安全评估，采用损失函数对候选轨迹进行最优抉择；在直线和曲线车道紧急避让场景下进行局部避让路径规划仿真验证。第三，研究基于改进模型预测控制的智能车轨迹跟踪控制算法及控制器设计。建立三自由度车辆动力学模型作为理论控制模型；利用考虑遗传因子的最小二乘法估算轮胎侧偏刚度；利用无迹卡尔曼滤波算法对车辆的横摆角速度及质心侧偏角进行估算；利用数据拟合方法获得模型预测时域与车速、路面附着系数的关系，利用模糊控制算法对侧向位移偏差的权重系数进行动态调节；利用CarSim与Simulink联合仿真对轨迹跟踪控制器效果进行验证。第四，研究基于滑模变结构智能车转向差动协同稳定性控制策略。首先建立非线性二自由度车辆模型，并利用相平面理论，确定稳定域边界；基于反演动态滑模变结构设计主动前轮转向控制律，基于自适应超螺旋滑模变结构设计直接横摆力矩控制律；利用平滑函数确定前轮主动转向与直接横摆力矩协同控制关系；以轮胎路面附着利用率为优化目标设计最优转矩分配方案，实现对期望质心侧偏角和期望横摆角度的准确跟踪；利用CarSim与Simulink联合仿真，验证协同控制器的有效性。第五，对紧急避让工况智能车路径规划、轨迹跟踪控制和车辆稳定性控制进行联合仿真验证。基于CarSim和Simulink搭建联合仿真平台，分别在高附着条件直线车道周围静态、动态障碍物和中等附着条件曲线车道周围静态、动态障碍物两类工况下进行联合仿真验证。仿真结果表明，所设计的路径规划算法、轨迹跟踪控制器和稳定性控制器能够实现车辆在紧急工况下进行避让，并且避让过程平滑、稳定。最后，对全文研究内容进行总结与展望。收起

关键词 : 智能车自动驾驶路径规划轨迹跟踪紧急避让

3. 基于交互策略的行人轨迹预测研究

[学位论文] 康亚龙武汉纺织大学 2023年硕士导师: 彭涛；关玉蓉共57页

摘要 : 随着智能互联和5G技术的发展，无人驾驶和智能交通得到充分应用，研究人员对于该领域的研究也在逐步深入。行人轨迹预测作为其中重要的一环成为当前研究的热点方向。目前行人轨迹预测仍然面临精度不足，误差较大等问题。主要原因有以下两个。一... 展开随着智能互联和5G技术的发展，无人驾驶和智能交通得到充分应用，研究人员对于该领域的研究也在逐步深入。行人轨迹预测作为其中重要的一环成为当前研究的热点方向。目前行人轨迹预测仍然面临精度不足，误差较大等问题。主要原因有以下两个。一是由于行人在行走过程中具有随机性，难以建模行人同一空间下的位置交互和单个行人与全局行人更高层次的交互。二是目前的主要工作都是基于数据驱动的方法，该方法数据拟合能力较强，但仍存在精度不够和缺乏可解释性的问题。针对上述问题，从以下两个方面展开研究: (1)针对建模行人在同一空间下的位置交互信息和单个行人与全局行人更高层次的交互。提出了一种多头软注意力图卷积网络，首先从空间图和时间图中对行人的交互作用和运动趋势建模来得到稀疏空间有向图和稀疏时间有向图，然后通过图卷积网络学习轨迹特征，最后将特征信息通过时间卷积网络处理得到双高斯分布参数，即行人的预测轨迹。 (2)针对行人在运动过程中交互作用的可解释性和轨迹预测精度不够的问题，提出了一种结合神经网络的行人作用力模型，即改进避让力算法。算法首先给定观测的行人轨迹生成端点信息，然后通过改进避让力来补全整个轨迹，最后通过轨迹优化网络对改进避让力轨迹进行择优，细化求精得到行人的预测轨迹。在公开数据集上的实验结果表明，提出的多头软注意力图卷积网络方法能够较好的构建行人间的交互作用，在行人轨迹预测性能上有较大提升，在数据集ETF和UCY的平均位移误差ADE和最终位移误差FDE指标上分别降低了2.8％和16.92％。提出的基于改进避让力算法正确建模了行人之间的交互作用和避让模式，提升了行人交互可解释性问题，在数据集ETF和UCY的平均位移误差ADE和最终位移误差FDE指标上分别降低了 6％和16％。收起

关键词 : 行人轨迹预测图卷积网络避让力算法交互作用数据处理

4. 冲突环境下的非机动车避让轨迹及行为研究

[学位论文] 刘林建长安大学 2022年硕士导师: 李岩共103页

摘要 : 随着国家颁布了系列慢行交通发展政策，以自行车为代表的绿色交通的理念越来越得到广大居民的认可。然而，城市非机动车道受机动车流影响，其空间受限，同时非机动车间存在较强的冲突干扰，严重影响其通行安全与运行效率。本文以西安市的城市非机动车... 展开随着国家颁布了系列慢行交通发展政策，以自行车为代表的绿色交通的理念越来越得到广大居民的认可。然而，城市非机动车道受机动车流影响，其空间受限，同时非机动车间存在较强的冲突干扰，严重影响其通行安全与运行效率。本文以西安市的城市非机动车道为试验区域，对发生避让冲突的自行车群体进行采样，调查采集道路环境、车群规模、位置分布、速度位移等信息，对冲突干扰环境下的非机动车避让特性进行分析。构建避让轨迹预测模型和避让行为分析方法，利用改进的长短期记忆网络(LongShort-TermMemory，LSTM)进行不同行为的轨迹预测，采用频域识别方法获取不同轨迹段的行为变化。最后提出面向冲突环境下的非机动车道宽度设计方法，建立时域模型和车-车作用力模型求解关键设计参数，并给出精细化管理建议。 (1)分析冲突干扰环境下的非机动车避让特性。常规自行车和电动自行车的位置分布存在较大差异，其受到干扰时速度均值相对于自由状态分别下降了12.3%和13.3%，加速度均值相对于自由状态分别提高了45.3%和11.13%。研究将自行车冲突行为分为并列行为、超车行为和避让行为三类，行为判断的依据主要是骑行轨迹的变化，同时把冲突轨迹形式分为双直线型，直线+曲线型，同侧曲线型和异侧曲线型。探究避让间距与速度关系的过程中发现：超车者的速度越大，则冲突对象的避让间距越大，进而被超越的骑行者速度也越大。非机动车道宽度、机非隔离形式、交通流率等不同的道路环境对避让特性也会产生不同的影响。 (2)构建避让轨迹预测模型，考虑行为分类后利用改进的LSTM神经网络进行轨迹预测。避让轨迹预测的输入参数为整个避让过程的距离、角度、相对速度、侧向相对加速度和社会心理力，其中社会心理力包括自驱动力、车-车作用力和车-边作用力，研究进行了公式建立和参数标定。在频域方法精确识别避让行为的基础上，对平速、加速和减速的轨迹进行预测，结果显示平速、加速、减速行为的均方根误差分别为0.0619、0.0513和0.0587，拟合优度值分别为0.9591、0.9785和0.9674，相较于未考虑行为分类的预测，其精度分别提升了6.07%、8.22%和7.21%。平速避让的轨迹全程比较稳定，近似于一条直线，左右有微小波动；加速避让轨迹一般表现为横向位移较大，纵向位移较小；减速轨迹预测的均方根误差、拟合优度和轨迹平缓度介于平速和加速预测之间。 (3)建立非机动车避让行为的频域识别方法，探索不同类行为的变化特性。将自行车避让过程中的加速度在频域进行分解，通过提取最频繁变换频率以识别骑行者的踏频连续特征，进而应用Voigt模型拟合不同避让行为的本征曲线。结果显示骑行者在避让过程中选择加速、减速、平速的占比分别为38.3%，50.4%和11.3%。加、减速避让的踏频本征曲线分别接近于高斯曲线和洛伦兹曲线，拟合优度分别为0.95和0.92。在预测轨迹特征分析的基础上，对避让轨迹进行分段行为分析。轨迹前段至中段的干扰程度逐渐增大，中段至后段的干扰程度逐渐减小，整体上呈先加速、再减速的避让行为规律。 (4)提出面向冲突环境下的非机动车道设计和管理方法。通过对电动自行车和常规自行车的行驶空间分析，结合传统的非机动车道设计，建立了面向冲突干扰环境下的非机动车道宽度设计方法，并构建时域模型和车-车作用力模型求解关键设计参数。冲突环境下的非机动车道宽度设计范围为2.7m~3.0m，该设计宽度下非机动车行驶的相互干扰程度较低，安全性较高。为了验证宽度设计方法的适用性，构建了冲突环境下的非机动车道安全评价模型。最后针对速度、标志标线、政策法规提出对应的精细化管理建议。收起

关键词 : 非机动车冲突干扰轨迹预测避让行为分析车道宽度设计

5. 自主空中交通管理中飞行冲突避让研究

[学位论文] 郑稀元中国民用航空飞行学院 2023年硕士导师: 陈亚青共80页

摘要 : 随着民航运输量日益增长，空中交通管理面临空域密度大、运行效率低等考验。中国民用航空局提出多项举措解决上述问题，其中包括自主空中交通管理这一运行模式的转变。现阶段国内外对该模式已具有一定的研究基础，且开始尝试探索运行。高效的飞... 展开随着民航运输量日益增长，空中交通管理面临空域密度大、运行效率低等考验。中国民用航空局提出多项举措解决上述问题，其中包括自主空中交通管理这一运行模式的转变。现阶段国内外对该模式已具有一定的研究基础，且开始尝试探索运行。高效的飞行冲突避让技术是保证自主空中交通管理安全实施的首要任务，对维护飞行秩序、缓解空域运行压力、降低管制员负荷具有重大意义。本文为探索自主空中交通管理运行方式，研究其飞行冲突问题，主要工作如下: 首先，通过探究国内外现有自主空中交通管理理论研究与运行经验，分析自主空中交通管理运行特点;与传统管制方式对比，进一步分析自主空中交通管理飞行冲突特点，基于此将飞行冲突避让问题分为飞行冲突探测与避让两个方面。其次，根据自主空中交通管理中采用了机载ADS-BIN设备实施“空-空”监视的假设，设计飞行冲突判定方法;在分析自主空中交通管理飞行冲突特点的基础上，改进确定型冲突探测方法。然后，利用DDPG算法可以解决自主空中交通管理连续问题的特点，结合自主空中交通管理特点设计智能体的状态空间、动作空间、神经网络结构和奖励函数，并将冲突探测方法嵌套在状态空间中，构建基于高维度状态动作空间的DDPG飞行冲突避让模型。最后，利用OpenScope仿真平台构建飞行冲突避让模型训练环境，设计4组10万次训练进行对比实验，利用不同指标验证模型的有效性，并分析了智能体的训练表现，平均冲突避让成功率均在99％以上，优于传统管制方式下设计的DDPG模型。本文设计的方法可以为解决飞行冲突问题提供一种新的思路，为我国提升空域运行效率，探索自主空中交通管理技术提供理论基础。收起

关键词 : 空中交通管理飞行冲突避让轨迹深度强化学习 DDPG算法