气象保障中基于遗传算法的航迹规划仿真

飞行器在执行任务过程中,需要根据三维空间和时间的气象信息变化、障碍物、威胁等信息以及飞行器自身的机动性能限制,计算出飞行航迹.主要通过基于遗传算法的航迹规划理论和应用MM5模式输出产品（风场、积冰、颠簸）信息,进行航迹路径的规划仿真验证与分析,给出了具有实际工程应用价值的飞行航迹.     

无人机任务分配与航迹规划协同控制方法

针对无人机协同控制问题,提出一种多无人机任务分配与航迹规划的整体控制架构。将威胁和障碍区域考虑为合理的多边形模型,使用改进的A*算法规划出两个航迹点之间的最短路径。并利用该路径航程作为任务分配过程全局目标函数的输入,采用与协同系统相匹配的粒子结构进行改进粒子群优化(particle-swarm optimization,PSO)任务分配迭代寻优。根据分配结果并考虑无人机性能约束,基于B-spline法平滑路径组合,生成飞行航迹。仿真结果表明,算法在保证计算速度和收敛性能的同时,能够产生合理的任务分配结果和无人机的可飞行航迹。     

基于混合动态贝叶斯网络的无人机路径重规划

针对无人机航迹规划的实时重规划能力,研究了局部路径构图的基本原则并提出了一种突发威胁体下无人机局部路径重规划的算法。首先根据不同威胁体的分布情况构造无人机的可飞航路集,用“改进型Voronoi图”表示出来,采用Dijkstra算法求解初始粗略最短路径。在无人机飞行过程中,通过基于混合动态贝叶斯网络的切换线性动态系统模型感知环境,应用Viterbi应用解码算法确定突发威胁体的实时位置及威胁等级,后依据局部路径重规划原则进行寻优,最后应用三次平滑及序列二次规划方法获得实际可飞路径。用Matlab仿真验证,证明了算法有效性。     

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。     

多UCAV航迹规划研究

给出了一个实时、可行的多UCAV航迹规划和控制算法.构建了多UCAV航迹规划的系统总体结构;提出以协同时间作为指标建立协同管理层的思想,并给出了多UCAV协同飞行时间的确定方法;基于voronoi图的方法规划了UCAV航路点路径;利用开关控制法进行了航迹控制.用Matlab仿真验证了算法的有效性.     

基于TLD模型的UAV三维实时平滑航迹规划

针对无人机三维实时航迹规划问题,提出了一种基于三层决策模型的平滑航迹规划方法,以提高其规划效率和可操作性。首先根据无人机三维飞行的特点,并结合自身性能、威胁和障碍以及地形等约束,设计三层决策目标函数和决策变量;其次为了避免不必要的迂回和路径,提高航迹的平滑性,提出了元胞化地图的变长探测方法和启发式优化策略;最后,利用所提出的认知行为优化算法对这一问题进行求解,以提高规划路径的搜索效率。不同场景地形的仿真及与现有经典方法的比较结果表明:该方法能有效实时规避威胁和地形障碍,且具有较高的可执行性,能够快速生成安全、平滑的飞行路径。     

一种无人机路径规划算法研究

指出了飞行器航迹规划与路径规划的区别；提出了一种给定威胁分布下的无人机路径规划算法。根据威胁分布情况构造无人机可能飞行的航路集，用voronoi图表示出来，采用Dijkstra算法搜索威胁分布图，求解粗略最短路径。在粗略最短路径的基础上，应用三次样条曲线和序列二次规划的方法求解最优路径。用Matlab进行仿真验证，证明了算法的有效性。     

态势推演系统中飞机过渡段航迹规划算法研究

态势推演系统需在推演前根据想定对飞机进行航迹规划,其中对沿航路点飞行阶段与巡逻飞行阶段间的过渡段的航迹规划是否合理直接关系到推演航迹的真实性和有效性.分析飞机目标运动航迹及其特征,然后针对飞机过渡段航迹规划问题提出三种几何方法并进行详细分析,最后建立过渡段航迹规划算法并进行仿真验证,结果表明该算法可自动生成最佳的过渡段航迹.     

基于改进A*算法的飞行器三维航迹规划算法

提出了改进A*算法并应用于飞行器航迹规划,该算法把地形平滑技术融合到路径搜索的过程中,使平滑处理只需满足路径选择方向的飞行坡度要求和飞行器过载限制,得到的最优航迹更加贴近地形。在相同的条件下对改进A*算法和传统算法进行仿真比较,传统算法需要35 s左右收敛得到优化航迹并且代价函数为32.15;改进算法能在24 s内找到代价函数最优的飞行器三维航迹且代价函数为28.26,仿真结果表明改进A*算法在收敛速度和最优路径代价函数结果都明显优于传统算法,是一种有效的三维航路规划方法。     

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。     

风云二号静止气象卫星双星观测策略

风云二号卫星是我国第一代地球静止轨道气象卫星,可连续对我国及其周边地区天气变化进行实时监测,对准确进行中长期天气预报及灾害预报具有重要作用.风云二号D星发射成功,意味着两颗静止气象卫星定点在我国东、西部上空同时进行对地观测业务,复合观测模式不仅对我国天气预报、减灾防灾和地球变化监测具有重要意义,整个东南亚地区、甚至澳大利亚和非洲部分地区将获益于我国的卫星云图资料,使我国成为全球气象卫星的重要国家之一.随着科技的发展和卫星的研制、发射和运行管理技术日趋成熟,卫星的可靠性在增加、性能在提高、使用寿命在逐渐延长,应用系统拟用不同控制策略和运行模式,充分利用在轨卫星,使之更有效地为气象业务和国民经济服务.     

考虑阻力系数时变的下压段半解析时间预测方法

高超声速飞行器下压段飞行环境复杂、弹道参数变化剧烈、被动减速较快,传统解析预测采用的常值阻力系数假设不再适用。考虑攻角、马赫数影响,对阻力系数表达式进行拓展,基于解析理论对复杂弹道方程加以简化,得到以剩余射程为自变量的微分方程,通过数值积分快速求解弹道诸元,提升全弹道快速规划能力。典型弹道仿真表明,与传统常值假设相比,所提方法可将俯冲下压段的时间预报误差降低到1 s左右,同时不增加计算复杂度,实现滑翔飞行器俯冲飞行时间、速度、动压的精准、快速预报。     

基于小波-NAR神经网络的气象要素时间序列预测与天气指数彩虹期权估值

本文基于小波-NAR神经网络技术,提出气象要素时间序列预测与天气指数彩虹期权估值的原理与方法,同时采用2000-2014年悉尼日均气温和日降雨量数据,进行气象预测与天气期权估值.结果显示:小波-NAR神经网络因灵活的非线性动态结构较好地反映了气象变化特征,其预测与估值效果优于其他模型;该天气期权价值形成中的非线性特征取决于五种经济效应.科学预测天气和估计天气期权价值,开发天气衍生品,可挖掘天气不确定性的经济价值,弱化其对天气敏感产业的影响.     

采掘机器人作业过程的轨迹规划方法

以采掘机器人反铲装置为对象,对其作业过程的轨迹规划进行了研究,提出了基于驱动机构变量空间的轨迹规划方法,在自行设计研制的一个试验样机上进行了验证。与此同时,开发了一个三维动态仿真软件作为检验轨迹规划方法的并行手段。     

概率天气预报的K近邻非参数估计仿真模型

基于模式识别和相似预报思想，提出了一种制作概率天气预报的K近邻非参数估计仿真模型(简称KNN-M)。该模型包括历史样本数据库、近邻子集搜索程序、近邻子集优化算法和预报量估计技术。利用该模型进行了降水和云量的概率预报试验，独立样本检验结果表明，该模型预报稳定性好，预报准确率较高，具有较好的业务应用前景。     

基于PCE方法的无人机轨迹规划与分析

针对无人机轨迹规划过程中不确定因素的特点,提出了一种利用多项式混沌展开(polynomial chaos expansion,PCE),并获得基于人工势能法的模型最优参数的无人机轨迹规划方法.通过建立PCE代理模型,利用随机配置点法进行快速求解,规避了对已有的最优控制模型直接优化带来的计算资源不足的问题;通过Sobol...     

切向加速度与弦误差约束的CNC系统时间最优轨迹规划

针对计算机数控(CNC)系统给定参数化路径, 给出了一种求解时间最优轨迹规划问题的凸优化方法. 轨迹规划问题考虑切向加速度约束与弦误差约束. 通过建立两种约束下的状态容许空间, 分析约束对时间最优轨迹的影响. 通过非线性变量代换, 时间最优轨迹规划问题被表述为一个与时间无关的凸最优控制问题. 基于控制向量参数化(CVP)方法, 问题被进一步转化为易于求解的凸优化问题. 以路径参数对时间的二阶导数(参数加速度)为优化变量, 序列二次规划(SQP)方法获得问题数值解. 文末通过求解两个测试路径的时间最优轨迹规划问题, 验证方法的有效性.     

Progress in reentry trajectory planning for hypersonic vehicle

The reentry trajectory planning for hypersonic vehicles is critical and challenging in the presence of numerous nonlinear equations of motion and path constraints, as well as guaranteed satisfaction of accuracy in meeting all the specified boundary conditions. In the last ten years, many researchers have investigated various strategies to generate a feasible or optimal constrained reentry trajectory for hypersonic vehicles. This paper briefly reviews the new research efforts to promote the capability of reentry trajectory planning. The progress of the onboard reentry trajectory planning, reentry trajectory optimization, and landing footprint is summarized. The main challenges of reentry trajectory planning for hypersonic vehicles are analyzed, focusing on the rapid reentry trajectory optimization, complex geographic constraints, and coop- erative strategies.