هدایت بهینه و مقید برفراز عوارض زمینی و اجتناب از نواحی تهدید با رویکرد غیرخطی

در این رساله، به مسئله طراحی مسیر پروازی یک هواپیمای بدون سرنشین پرداخته شده و هدف آن، یافتن مسیری بهینه و مقید به صورت حل قطعی به منظور انتقال پرنده از یک موقعیت اولیه به یک نقطه هدف برفراز عوارض زمینی با حداقل سازی‏ میزان مخاطراتی چون شناسایی توسط دشمن، تصادم با عوارض و ورود به مناطق ممنوع می باشد. از آنجاییکه ملزومات این مسئله باعث شده که در رده مسائل محاسباتی پیچیده و سخت قرار گیرد، جهت نیل به اهداف فوق دراین پژوهش تلاش گردید با توسعه روشی مبتنی بر شبکه جریان، راهکار نوین و جامعی در حضور انواع قیود و محدودیتها و بکارگیری تابع هزینه ترکیبی ارائه شود تا مسئله موردنظر را درقالب بهینه سازی چندمعیاره مقید در مرتبه زمانی قابل قبولی حل نماید. برای این منظور و با توجه به مدلهای گسسته موجود عوارض زمینی، ابتدا مدل جامع مسئله با استفاده از معادلات حرکت سه بعدی پرنده همراه با قیود و تابع هزینه در فضای گسسته مبتنی بر شبکه جریان بصورت لایه ای‏ پیاده سازی‏ شده و سپس با استفاده از شیوه برچسب گذاری روی نقاط شبکه، تعریف مناسب جریان عبوری نقاط و جستجوی حریصانه فضای جواب بهینه، الگوریتم بهینه سازی جدیدی توسعه داده شده است. ضمن اثبات ویژگیهای بهینگی سراسری، تقید و قطعیت الگوریتم مزبور بصورت تحلیلی، از تکنیکهای ابداعی نیز جهت کاهش مرتبه زمانی الگوریتم استفاده شده تا در نهایت، الگوریتمی در زمان چندجمله ای ارائه شود. شیوه برچسب گذاری موجب شده که هرگونه قیدی همچون خطای ناوبری و الزامات ترکام که از نیازهای اساسی پرنده ها‏ی نزدیک سطح محسوب می شود در الگوریتم پیشنهادی اضافه شود تا مسیر کاربردی و ایمن در حضور عوارض زمینی ارائه دهد بدون اینکه پیچیدگی و زمان حل الگوریتم بصورت مشهود افزایش یابد. به منظور اثبات عملی بودن مسیرهای تولیدشده، سناریوهای متعددی اجرا و نتایج حاصله بررسی گردیده و به منظور اثبات کارآمدی روش پیشنهادی، با روشهایی چون کنترل بهینه، برنامه ریزی پویا و نیز الگوریتم کاشف مبتنی بر گروه ذرات که در مراجع معتبر ارائه شده مورد مقایسه قرار گرفته است. در بخش متمم رساله، یک روش هدایت ردگیر مسیر جدید با رویکرد غیرخطی مبتنی بر تابع لیاپانوفی کنترل به صورت بهینه و مقید (نسبت به ورودی) جهت ردگیری مسیر نیز طراحی و توسعه یافته است. رویکرد تحلیلی و نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ضمن ردگیری مناسب مسیر پروازی حاصله، پارامترهای مقید در محدوده های مجاز خود قرار دارند.