高超声速飞行器实时航迹规划研究

提出一种实时航迹规划策略和一种改进变步长稀疏A*算法,并基于ADSP-21364处理器设计了一套高超声速飞行器实时航迹规划系统,该系统能够在离线规划的基础上根据实时探测的威胁对航迹进行重规划。进行了飞行模拟实验以及视景仿真,结果验证了规划策略和改进A*算法的有效性。规划得到的实时航迹能避开各种在线威胁,满足实时规划要求。     

人机协同智能航迹规划算法

人机协同低空突防航迹规划是实现有人机和UAV协同作战的关键技术,结合协同作战的特点和UAV低空突防航迹规划的要求,将人工辅助决策和改进的智能算法结合起来,并利用角度量的变长度基因编码表示飞行航迹,提出人机协同的智能航迹规划算法。该算法能够充分发挥人脑这个超级智能系统,利用人的智慧和经验弥补智能算法的不足,在"高危环境下"下针对突发威胁的覆盖范围来引导航迹求解过程,通过大量仿真计算,结果表明:应用该算法规划的三维航迹能够有效躲避突发威胁,实现威胁回避、地形回避和地形跟随,满足UAV低空突防要求,具有一定的实用价值。     

基于粒子群优化的三维突防航迹规划仿真研究

提出了一种基于粒子群优化的三维突防航迹规划方法并进行了仿真验证。通过引入最小威胁曲面的概念生成三维航迹搜索空间,利用一个有限项的多项式函数来逼近最小威胁曲面中的三维航迹在二维水平面内的投影,从而原来的规划问题简化为在一个一元函数多项式系数空间中的搜索寻优。利用粒子群优化,将约束条件和搜索算法相结合,能有效减小搜索空间,提高效率。仿真结果表明,生成的航迹具有地形跟随、地形回避和威胁回避的功能。     

低空突防模型建模的研究

在现代低空突防技术中,飞机根据数字地图提供的地形数据和获得的战场态势,结合任务计划以及自身的机动性能约束条件利用航迹算法提供最优航迹,其中航迹规划包括预规划和实时重规划。预规划阶段在预知威胁转化的基础上,利用规划算法计算出航迹;在航迹预规划的基础上估算了飞机的起飞时间;在实时重规划阶段,将突发威胁等级评估与规划系统进行了集成。     

分段优化RRT的无人机动态航迹规划算法

针对突发威胁,无人机重新规划局部航迹的问题,提出了分段优化快速扩展随机树(rapidly exploring random tree,RRT)的无人机动态航迹规划算法。首先利用分段优化RRT算法生成全局航迹,然后根据突发威胁的相关信息确定局部航迹的起点和终点,最后利用分段优化RRT算法生成局部航迹,绕过突发威胁并回到原航迹。实验结果表明算法运行时间和路径代价都降低了10%左右。对于动态航迹规划,该算法的鲁棒性与实时性较强。     

基于MOEA/D-ARMS的无人机在线航迹规划

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)在线航迹规划是UAV协同控制关键技术之一, 在线航迹规划问题本质上是一种动态多目标优化问题。为了求解该问题, 提出了一种基于自适应应答机制选择的动态多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithon based on decomposition-adaptive reaction mechanism selection, MOEA/D-ARMS)。多种应答机制构成应答机制池, 以应答机制最近一次的整体表现赋予应答机制一定的奖励, 并采用基于概率的方法从应答机制池中选择应答机制。MOEA/D-ARMS分别在静态环境情况、突发威胁情况、突变威胁情况和偏好改变情况下进行仿真实验。仿真结果表明, MOEA/D-ARMS可有效求解UAV在线航迹规划问题。     

基于粒子群优化的高超声速飞行器航迹规划

提出了一种基于粒子群优化算法的高超声速飞行器航迹规划方法并进行了仿真验证.首先计算了高超声速飞行器的最小转弯半径,然后建立威胁模型,将威胁模型投影到赤道平面内,利用一个有限项的多项式函数采逼近实际航迹在赤道平面内的投影,使航迹规划问题简化为在一个多项式系数空间中的搜索寻优问题.利用粒子群优化算法,鉴于高超声速飞行器特点,规划得到赤道平面内的航迹,根据对应关系,最后得到实际航迹.仿真结果表明,生成的航迹自动避开了威胁.     

基于加权k-均值聚类与粒子群优化的多航迹规划

针对复杂环境下的无人机多航迹规划问题,提出了将粒子群优化（particle swarm optimization, PSO）算法与加权k-均值聚类算法相结合的规划方法。每个粒子表示一条航迹,采用加权k-均值聚类算法对粒子进行分类,得到多个粒子子群,在每个子群内部进行一条可行航迹的优化,最终得到多条不同的可行航迹。对传统k-均值聚类算法进行改进,采用排挤机制产生初始聚类中心,针对实际环境中突发威胁的分布不均性,在聚类过程中,对航迹节点按照所在区域突发威胁的出现概率进行加权,提出了加权k-均值聚类算法。仿真实验表明,所提出的方法能够有效地得到无人机的多条可行航迹。     

基于速度障碍法的多UAV可飞行航迹优化生成

研究无人飞行器(unmanned aerial vehicle, UAV)在线可飞行航迹的自主规划对UAV适应非结构化环境、提高机动作战能力具有重要的现实意义。提出了一种基于Pythagorean-Hodograph (PH)曲线的UAV在线航迹生成算法,可以根据UAV当前的飞行状态、目标点信息及传感器探测信息实时规划出曲率连续的可避碰飞行航迹。考虑系统动态性能约束,采用分布估计算法对航迹参数进行优化选取,提出基于区间选优的全局精英个体概率选择机制,提高了航迹生成的速度及精度。根据速度障碍法原理,结合PH曲线的特点,给出了高动态环境下多UAV的实时动态避碰规划算法,该算法能使轨迹快速趋近于目标。对一组UAV的航迹规划在不同环境下进行了仿真实验,仿真结果证明了算法的有效性和实用性。     

基于分级规划策略的A*算法多航迹规划

为了避免设置运行参数,稳定地生成多条航迹,提出一种基于分级规划策略的A*算法多航迹规划技术。采用分级规划策略将规划过程分成初始航迹规划和精细航迹规划两部分。在初始航迹规划中,通过设置中间航迹点并利用A*算法得到多条初始可行航迹,然后为了避免K均值算法对初始聚类中心敏感的问题,提出采用层次聚类法对所得到的初始可行航迹进行聚类,得到初始参考航迹。在精细航迹规划中,设计了一种变宽度的航迹规划通道,并在通道内进行航迹规划以得到最终的多条航迹。仿真实验证明了算法的可行性。     

威胁联网下舰载无人机对海突击航路规划

以复杂海战场环境下舰载无人机对海突击作战为背景,针对舰载无人机航路规划中容易忽略的威胁之间相互联系的问题,分析了威胁联网下航路规划领域的研究现状,针对其不足,建立了新的威胁分类方法,将威胁划分为机动威胁和固定威胁;构建了新的威胁联网模型,特别对距离舰载无人机航路较远,但联网后可以对舰载无人机产生威胁的威胁进行了着重研究,创新解决了机动威胁在威胁联网情况下的反应问题;最后基于遗传算法进行了仿真,分析对比了威胁联网与否对航路规划的影响,规划出了在威胁联网情况下的可行航路。     

动态环境下CGF实时路径重新规划算法

路径规划是CGF行为模拟最主要和最常用的规划，CGF沿着基于初始信息规划的路径机动时经常会发现路径耗费发生了变化，剩余的路径需要重新规划。D＊（动态A＊）算法是一个适合于动态环境的实时路径重新规划算法，它通过增量式传播路径耗费的变化提高路径重新规划的效率。介绍了D＊算法的一种扩展方法，通过利用问题领域的启发信息引导算法的状态扩展聚焦于当前的状态，减少了状态扩展的数量，进一步提高了CGF在动态环境下的路经重新规划效率。     

无人机动态环境实时航迹规划

提出了一种基于实时A*搜索的无人机实时航迹规划算法。该算法将飞行器运动与航迹搜索相结合,在飞行器飞行过程中实时规划出下一段航迹;在搜索过程中,使用了多步寻优搜索的方法,相比单步搜索生成的航迹更加优化;使用最小转弯半径对生成的折线进行连接,使路径平滑可飞;针对算法局限性,给出一种改出局部最优点的策略。最后经仿真证明了该算法能够较好地满足规划要求。     

Effective path planning method for low detectable aircraft

To utilizing the characteristic of radar cross section (RCS) of the low detectable aircraft, a special path planning algorithm to eluding radars by the variable RCS is presented. The algorithm first gives the RCS changing model of low detectable aircraft, then establishes a threat model of a ground-based air defense system according to the relations between RCS and the radar range coverage. By the new cost functions of the flight path, which consider both factors of the survival probability and the distance of total route, this path planning method is simulated based on the Dijkstra algorithm, and the planned route meets the flight capacity constraints. Simulation results show that using the effective path planning algorithm, the low detectable aircraft can give full play to its own advantage of stealth to achieve the purpose of silent penetration.     

基于多步寻优搜索的无人机航迹重规划算法

针对无人机路径实时重规划的安全性要求,将自学习实时A^*搜索算法与模型预测控制的思想相结合,提出了一种多步寻优搜索算法.解决了无人机在飞行过程中遇到突然出现的威胁时的航迹重规划难题,给出了应用该算法的具体步骤.通过仿真结果证明了该算法的可行性.     

基于动态RCS的无人机航迹实时规划方法研究

为了提高无人机的生存能力,针对不确定飞行环境的无人机航迹规划问题展开研究,提出了一种基于RCS的无人机航迹实时规划方法,建立了相关计算模型,提出合理的代价函数,并采用多阶段分析博弈评估算法对航迹进行优化。仿真结果表明,基于动态RCS的无人机航迹实时规划方法能够比较好的解决无人机的航迹规划问题。     

光学制导巡航导弹实时航迹规划方法

针对光学制导巡航导弹的特点提出了一种实时航迹规划方法。建立了导引头受太阳逆光限制下的可飞航向角区域模型,结合可飞航向角与导弹的其他飞行约束条件对A*算法的搜索空间进行了规划。针对传统A*算法在规划前对所有地形进行平滑的低效规划方法,提出只对航迹每一步可行搜索方向上的地形进行实时平滑的A*算法,从而把对地形的平滑融入了每一步航迹的搜索过程。仿真结果表明,提出的航迹规划方法完全适用于光学制导巡航导弹,且在相同的条件下,实时平滑A*算法比传统A*算法的搜索效率更高。     

3D multipath planning for UAV based on network graph

According to the characteristic and the requirement of multipath planning,a new multipath planning method is proposed based on network.This method includes two steps:the construction of network and multipath searching.The construction of network proceeds in three phases:the skeleton extraction of the configuration space,the judgment of the cross points in the skeleton and how to link the cross points to form a network.Multipath searching makes use of the network and iterative penalty method (IPM) to plan multi-paths,and adjusts the planar paths to satisfy the requirement of maneuverability of unmanned aerial vehicle (UAV).In addition,a new height planning method is proposed to deal with the height planning of 3D route.The proposed algorithm can find multiple paths automatically according to distribution of terrain and threat areas with high efficiency.The height planning can make 3D route following the terrain.The simulation experiment illustrates the feasibility of the proposed method.     

基于实时交通信息的城市动态网络车辆路径优化问题

将动态城市交通路网与车辆路径问题相结合, 考虑一类实时交通信息下的城市动态网络车辆路径优化问题. 在问题中考虑常发性交通拥堵和偶发性交通拥堵两种情形. 提出一类将初始路径安排与实时路线调整相结合的求解策略. 初始路径安排通过采用遗传算法求解常发性交通拥堵情形对应的时变网络车辆调度问题得到. 在车辆行驶过程中, 针对偶发性交通拥堵环境下的突发事故情形, 引入一种在关键点更新路线的新机制. 数值算例验证了新实时路线更新机制比目前文献中已有的更新机制更有效, 且随着网络动态性增加其优越性更加明显.