[發(fā)明專利]一種定位誤差約束下的飛行器航跡快速規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910964810.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN110794874B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程琳;吳子馨;欒鑫;花璐璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/12
• 分類號(hào): G05D1/12
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發(fā)明公開了一種定位誤差約束下的飛行器航跡快速規(guī)劃方法，包括以下步驟：(1)進(jìn)行簡化假設(shè)，(2)根據(jù)校正點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)所構(gòu)成的向量在飛行器直線航跡上的投影值大小，給定每一校正點(diǎn)對(duì)應(yīng)的“序”；(3)通過“禁止后退搜索”方法，控制飛行器飛行過程中經(jīng)過的校正點(diǎn)的“序”依次增大，確保飛行器不經(jīng)過多余校正點(diǎn)；(4)分析理想狀況下飛行器的最大前進(jìn)距離；(5)在劃定的最大距離范圍內(nèi)，篩選滿足水平誤差校正和垂直誤差校正的校正點(diǎn)；(6)在所有滿足條件的校正點(diǎn)中，選取“序”最大的k個(gè)點(diǎn)；(7)在所選k個(gè)點(diǎn)中，進(jìn)一步選取使得飛行器航跡長度最短的點(diǎn)；(8)判斷最后一個(gè)校正點(diǎn)與終點(diǎn)的距離是否可保證飛船沿規(guī)劃軌跡飛行而不產(chǎn)生偏差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬航空規(guī)劃設(shè)計(jì)中的智能飛行器控制領(lǐng)域，具體涉及一種定位誤差約束下的飛行器航跡快速規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

飛行器航跡規(guī)劃的實(shí)質(zhì)就是在一定的環(huán)境中，在特定的約束條件下，尋找一條從起始點(diǎn)到目的地滿足某種性能指標(biāo)的最優(yōu)或次優(yōu)飛行航跡。由于受到飛行到達(dá)時(shí)間、油耗和地形環(huán)境等因素影響，這類飛行器的定位系統(tǒng)無法對(duì)自身進(jìn)行精準(zhǔn)定位，一旦定位誤差積累到一定程度可能導(dǎo)致任務(wù)失敗。因此，在飛行過程中對(duì)定位誤差進(jìn)行校正是智能飛行器航跡規(guī)劃中一項(xiàng)重要任務(wù)。

但是飛行器的誤差校正過程中存在諸多約束：可校正的飛行區(qū)域分布位置依賴于地形，無統(tǒng)一規(guī)律；垂直誤差校正點(diǎn)及水平誤差校正點(diǎn)均只可校正一類誤差，且要求誤差不超過規(guī)定的可校正范圍；飛行器前進(jìn)方向不能突然改變等。本發(fā)明研究飛行器在復(fù)雜環(huán)境中的航跡快速規(guī)劃問題，在滿足各類約束的條件下，求取同時(shí)滿足航跡長度盡可能小、經(jīng)過校正區(qū)域進(jìn)行校正的次數(shù)盡可能少這兩個(gè)目標(biāo)的航跡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種飛行器航跡快速規(guī)劃方法，該方法在滿足各類約束的條件下，快速求取同時(shí)滿足航跡長度盡可能小、經(jīng)過校正區(qū)域進(jìn)行校正的次數(shù)盡可能少這兩個(gè)目標(biāo)的航跡。該飛行器航跡快速規(guī)劃方法根據(jù)投影值大小對(duì)空間中散亂無序的校正點(diǎn)作有序化，并以此為依據(jù)減少每一次選取校正點(diǎn)時(shí)的候選點(diǎn)數(shù)量、盡可能減少航跡所經(jīng)過的校正點(diǎn)數(shù)量、盡可能減少航跡的總長度。為復(fù)雜環(huán)境中多約束條件下智能飛行器航跡快速規(guī)劃提供了依據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一種定位誤差約束下的飛行器航跡快速規(guī)劃方法，該飛行器航跡快速規(guī)劃方法包括以下步驟：

步驟(1)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕僭O(shè)，以為方便問題求解；

步驟(2)根據(jù)校正點(diǎn)與出發(fā)點(diǎn)所構(gòu)成的向量在飛行器直線航跡上的投影值大小，給定每一校正點(diǎn)對(duì)應(yīng)的“序”；

步驟(3)通過“禁止后退搜索”方法，控制飛行器飛行過程中經(jīng)過的校正點(diǎn)的“序”依次增大，確保飛行器不經(jīng)過多余校正點(diǎn)；

步驟(4)分析理想狀況下飛行器的最大前進(jìn)距離，并以此為依據(jù)劃定每一步搜索校正點(diǎn)的最大前進(jìn)距離；

步驟(5)在劃定的最大距離范圍內(nèi)，篩選滿足水平誤差校正和垂直誤差校正的校正點(diǎn)；

步驟(6)在所有滿足條件的校正點(diǎn)中，選取“序”最大的k個(gè)點(diǎn)；

步驟(7)在所選k個(gè)點(diǎn)中，進(jìn)一步選取使得飛行器航跡長度最短的點(diǎn)；

步驟(8)判斷最后一個(gè)校正點(diǎn)與終點(diǎn)的距離是否可保證飛船沿規(guī)劃軌跡飛行而不產(chǎn)生偏差。

進(jìn)一步的，本發(fā)明中，步驟(1)中，所作的簡化假設(shè)如下：

忽略飛行器的體積與形狀，將其看做空間中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)；當(dāng)垂直誤差和水平誤差均小于θ個(gè)單位時(shí)，飛行器仍能夠按照規(guī)劃路徑飛行；不考慮飛行器在航行過程中遇到的避障問題；不考慮飛機(jī)到達(dá)時(shí)間、油耗、空中威脅和地形環(huán)境等因素對(duì)軌跡規(guī)劃的影響；假設(shè)航跡中校正點(diǎn)數(shù)量和航跡長度對(duì)航跡規(guī)劃同樣重要，即影響程度相同；假設(shè)飛行器可以即時(shí)轉(zhuǎn)彎(即飛行器前進(jìn)方向可以立即改變)。