【摘 要】
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现代无人机应用不仅限于执行侦察任务,更多可以成为作战武器。在无人机控制模块的众多子系统中,航迹规划系统越来越重要,航迹规划的核心在于对航迹规划算法的研究,航迹规划算
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现代无人机应用不仅限于执行侦察任务,更多可以成为作战武器。在无人机控制模块的众多子系统中,航迹规划系统越来越重要,航迹规划的核心在于对航迹规划算法的研究,航迹规划算法不仅是到达目标点,也是在满足无人机飞行特性限制下,根据多目标约束规划出一条躲避所有威胁且航迹距离较优的航迹。高空长航时无人机与低空无人机的飞行特性有所不同,低空无人机主要用于执行近距离任务,飞行范围小,多数航迹规划算法研究中在对航距是使用两点间直线距离进行计算,然而高空长航时无人机主要执行远程侦察打击任务,航迹覆盖范围广,对航距计算时采用平面直线距离会造成较大误差。本文考虑到地球曲率对航迹距离的计算影响,以及高空长航时无人机基本采用定高飞行假设,对高空长航时无人机航迹规划问题开展研究,内容包括以下方面:(1)提出一种基于降维映射的曲面航迹规划方法。首先主要是利用高斯投影正算,将三维大地坐标表示的起始点、目标点和威胁信息投影到高斯二维平面坐标系,然后将规划后得到的最优航迹使用高斯投影反算,显示到三维大地坐标系中。(2)提出一种远程曲面航迹全局静态规划方法。在综合考虑已知威胁和燃油代价形成的多目标代价约束下,利用多目标模糊优化方法消除各代价存在数量级差异。基于公认求解两点间最短路径最好的算法Dijkstra深入研究,为消除Dijkstra易陷入局部最小值以及不必要航迹转折使求得的航迹距离过长,将Dijkstra算法与模拟退火算法组合生成新的算法Dijkstra-SA。(3)研究了远程曲面航迹在线动态规划方法。基于研究的组合新算法Dijkstra-SA对高空长航时无人机分别进行局部在线航迹规划和全局在线航迹规划。本文对所提出的高空长航时无人机航迹规划方法进行了仿真验证。通过对比多个算法与Dijkstra-SA算法规划结果验证了新算法Dijkstra-SA具有更优规划能力,通过对比局部与全局在线航迹规划结果验证了Dijkstra-SA算法的实用性与有效性,并且该算法采用了降维映射策略,能够适用于高空长航时无人机等大经纬跨度飞行器的航迹规划。
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