[發(fā)明專利]一種基于路徑點(diǎn)優(yōu)選的飛行器禁飛區(qū)規(guī)避軌跡規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110301263.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN113093789B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張冉;張?jiān)?/a>;李惠峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發(fā)明提供一種基于路徑點(diǎn)優(yōu)選的飛行器禁飛區(qū)規(guī)避軌跡規(guī)劃方法，其具體步驟如下：步驟一、路徑點(diǎn)優(yōu)選方案設(shè)計(jì)；步驟二、橫縱向飛行剖面設(shè)計(jì)；步驟三、設(shè)計(jì)剖面跟蹤控制律與制導(dǎo)邏輯。通過以上步驟，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行器的路徑點(diǎn)選擇和軌跡規(guī)劃，將上層任務(wù)的選擇和下層的規(guī)劃執(zhí)行一體化處理，減少了飛行剖面的迭代，提高了軌跡規(guī)劃的效率和全局性能，達(dá)到了較好的自主性和普適性；本發(fā)明所述方法科學(xué)，工藝性好，具有廣闊推廣應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種基于路徑點(diǎn)優(yōu)選的飛行器禁飛區(qū)規(guī)避軌跡規(guī)劃方法，屬于航空航天技術(shù)中的軌跡規(guī)劃領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著戰(zhàn)術(shù)武器的發(fā)展，高超聲速飛行器能力增強(qiáng)，具有飛行速度快、機(jī)動(dòng)突防能力強(qiáng)、全球快速響應(yīng)等特點(diǎn)，可適應(yīng)不同的戰(zhàn)場(chǎng)任務(wù)，已成為各國軍事上關(guān)注的焦點(diǎn)。在再入滑翔段，飛行器需長時(shí)間在大氣層內(nèi)飛行，必須滿足復(fù)雜的約束條件，禁飛區(qū)規(guī)避任務(wù)屬于一種路徑約束，如果禁飛區(qū)數(shù)量多且分布復(fù)雜，軌跡規(guī)劃的路徑約束就越多，軌跡規(guī)劃的難度就越大。

由于多禁飛區(qū)的存在，會(huì)存在多條飛行路線，為減少軌跡規(guī)劃時(shí)飛行剖面的迭代，需首先進(jìn)行路線的選擇和路徑點(diǎn)優(yōu)選。現(xiàn)今對(duì)于高超聲速飛行器上層選擇問題研究匱乏，而對(duì)于禁飛區(qū)軌跡規(guī)劃主要集中在離線求取最優(yōu)解，這些數(shù)值方法在存在多個(gè)禁飛區(qū)時(shí)會(huì)陷入局部最優(yōu)解，需要一個(gè)比較好的初始猜想。其他的禁飛區(qū)規(guī)避制導(dǎo)方法需要基于標(biāo)稱軌跡，而標(biāo)稱軌跡的選擇對(duì)于多禁飛區(qū)的場(chǎng)景也是一大難題。因此，路徑點(diǎn)優(yōu)選對(duì)于復(fù)雜禁飛區(qū)規(guī)避場(chǎng)景的軌跡規(guī)劃至關(guān)重要，為了提升軌跡規(guī)劃的效率，需要基于通用自主的路徑點(diǎn)優(yōu)選方法并根據(jù)路徑點(diǎn)選取信息進(jìn)行軌跡規(guī)劃。

綜上所述，本發(fā)明基于一種飛行器繞多禁飛區(qū)路徑點(diǎn)優(yōu)選方法，為軌跡規(guī)劃提供路徑點(diǎn)信息，并根據(jù)路徑點(diǎn)信息進(jìn)行飛行剖面的設(shè)計(jì)和軌跡規(guī)劃，將上層決策信息和下層規(guī)劃有機(jī)的結(jié)合起來。該方法具有一定獨(dú)創(chuàng)性。

發(fā)明內(nèi)容

(一)本發(fā)明的目的

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于路徑點(diǎn)優(yōu)選的飛行器禁飛區(qū)規(guī)避軌跡規(guī)劃方法，旨在將路徑的選擇和軌跡規(guī)劃緊密結(jié)合，將上層任務(wù)路徑點(diǎn)的選擇介入下層的軌跡規(guī)劃，以減少飛行剖面的迭代，使得規(guī)劃的軌跡具有較好的全局性能，方法具有自主性和通用性。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供一種基于路徑點(diǎn)優(yōu)選的飛行器禁飛區(qū)規(guī)避軌跡規(guī)劃方法，其具體步驟如下：

步驟一、路徑點(diǎn)優(yōu)選方案設(shè)計(jì)；

基于各禁飛區(qū)的相對(duì)位置設(shè)計(jì)虛擬路徑點(diǎn)，建立有向圖模型，遍歷飛行器可行的繞飛路徑，對(duì)每條路徑進(jìn)行路徑點(diǎn)跟蹤制導(dǎo)，并仿真得到路徑評(píng)價(jià)指標(biāo)，將指標(biāo)最優(yōu)的路徑作為路徑點(diǎn)優(yōu)選的方案；其具體作法如下：

首先，基于各禁飛區(qū)的相對(duì)位置設(shè)計(jì)虛擬路徑點(diǎn)，對(duì)每個(gè)禁飛區(qū)分別建立上、下兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，作為路徑的決策點(diǎn)或拐點(diǎn)，反映是從禁飛區(qū)上方還是下方繞過；

其次，建立有向圖模型，選擇可以串行依次繞過的禁飛區(qū)放入一個(gè)列表中，所有可能的串行線形成一個(gè)多維列表；連接起點(diǎn)與每一個(gè)串行線中禁飛區(qū)上下的節(jié)點(diǎn)，相鄰兩禁飛區(qū)上下的節(jié)點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)之間的連線，形成所有的有向邊，刪除重復(fù)邊后完成有向圖建模；

然后，使用圖搜索方法對(duì)從起點(diǎn)到終點(diǎn)的所有路徑進(jìn)行遍歷，得到飛行器可行的所有繞飛路徑；

然后，對(duì)每條路徑進(jìn)行路徑點(diǎn)跟蹤制導(dǎo)，基于飛行器的運(yùn)動(dòng)模型規(guī)劃現(xiàn)有路徑；

最后，根據(jù)各路徑指標(biāo)排序則可以得到性能指標(biāo)最好的一條路徑，該路徑所對(duì)應(yīng)的路徑點(diǎn)序列即路徑點(diǎn)優(yōu)選方案；

步驟二、橫縱向飛行剖面設(shè)計(jì)；