Stochastic Optimal Control of Unmanned Aerial Vehicles Against Cyber Attacks in the Presence of Uncertainty

存在不确定性的情况下无人机抵御网络攻击的随机最优控制

基本信息

批准号：
21K14351
负责人：
松野賀宣
金额：
$ 1.66万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，昨年度に続き不確実性を考慮した最適制御アルゴリズムの開発を進めた．気象予報や機体性能モデルの不確実性を考慮し，最適制御アルゴリズムの中で，これらの不確定性が航空機の飛行軌道に与える影響（飛行軌道の期待値や分散等）を定量化する．気象予報の不確定性には，アンサンブル予報と呼ばれる，初期条件や大気パラメータに異なる摂動を与えた多数の数値気象予報結果を用いた．ここでは，21通りの数値気象予報を用いることで，気象予報の不確定性の影響を定量化する．また，機体性能モデルの不確実性には，飛行データから推定した確率分布で表される機体性能モデル（他研究成果）を用いた．機体性能モデルの確率分布は4000点のサンプル点から構成されるが，arbitrary polynomial chaos expansion (PCE) を適用することにより，91点のサンプル点のみにより，機体性能モデルの不確実性の影響を定量化することが可能となる．arbitrary PCEを組み込んだ最適制御アルゴリズムにより，計算負荷を低減することが可能となった．また，無人機・有人機が同一空域内を飛行する運航を想定した問題設定を考え，無人機・有人機混在運航を模擬するシミュレーションを構築した．本年度は，無人機の最適制御に不確実性を考慮せずに，確定論的な最適制御を行い，有人機の保護空域（無人機の飛行禁止空域）を回避するように，無人機の最適経路を生成した．次年度は，本年度に構築した不確実性を考慮した最適制御アルゴリズムを適用することで，無人機・有人機混在運航における無人機の最適制御を行うことを計画している．

今年，继去年之后，我们继续开发考虑不确定性的最优控制算法。考虑到天气预报和飞机性能模型的不确定性，我们在最优控制算法中量化了这些不确定性对飞机飞行轨迹（例如飞行轨迹的期望值和方差）的影响。为了衡量天气预报的不确定性，我们使用了大量的数值天气预报结果，称为集合预报，其中对初始条件和大气参数应用了不同的扰动。在这里，我们使用 21 种数值天气预报来量化天气预报中不确定性的影响。此外，针对机身性能模型的不确定性，我们使用了机身性能模型（其他研究的结果），该模型表示为根据飞行数据估计的概率分布。机身性能模型的概率分布由4000个样本点组成，但是通过应用任意多项式混沌展开（PCE），我们可以仅使用91个样本点来量化不确定性对机身性能模型的影响。结合任意PCE的最优控制算法可以减少计算负荷。此外，我们考虑了假设无人机和有人飞机在同一空域内飞行的操作的问题设置，并创建了模拟无人机和有人飞机的混合操作的模拟。今年，我们将重点研究无人机的最优控制，它会在不考虑不确定性的情况下进行确定性最优控制，并且会避开有人机的受保护空域（无人机的禁飞区）生成航线。明年，我们计划通过应用今年开发的考虑不确定性的最优控制算法，对无人机和有人混合飞行中的无人机进行最优控制。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Unmanned Aerial Vehicle Routing Problem for Integrated Manned and Unmanned Aircraft Operations

有人和无人机综合运行的无人机路径问题

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡辺聡史;Dong Shuonan;大塚啓介;槙原幹十朗;Yoshinori Matsuno and Adriana Andreeva-Mori
通讯作者：
Yoshinori Matsuno and Adriana Andreeva-Mori

Vertical Flight Profile Optimization Using Ensemble Weather Forecasting and Statistical Aircraft Performance Model

使用集合天气预报和统计飞机性能模型的垂直飞行剖面优化

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kuzuno Ryo;Dong Shuonan;Okada Taiki;Otsuka Keisuke;Makihara Kanjuro;Yoshinori Matsuno and Haruki Matsuda
通讯作者：
Yoshinori Matsuno and Haruki Matsuda