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1、第24卷第4期弹箭与制导学报·85·3X飞行器三维航迹规划算法冯 琦,周德云(西北工业大学电子信息学院,陕西西安710072)[摘要]提出了一种应用改进遗传算法进行飞行器三维航迹规划的方法。航迹由B样条曲线得到,以代表航迹的B样条曲线的控制顶点坐标值作为染色体的基因位进行浮点数编码。在计算染色个体的适应值函数时充分考虑了飞行器的动力约束以及规避障碍能力。仿真结果表明了该方法的有效性。[关键词]三维航迹;遗传算法;B-样条曲线[中图分类号]V249.12[文献标识码]AThree-DimensionalPathPlanningforAircraftF
2、ENGQi,ZHOUDe2yun(CollegeofElectronicCommunication,North2westernPolytechnicUniversity,Xi'an710072,China)Abstract:Thispaperpresentsmethodforaircraftflightpathplanninginathree2dimensional(32D)roughterrainbyusingimprovedgeneticalgorithm.TheflightpathisobtainedbyaB2splinecurvewhose
3、controlvertexesareconsideredasthegenesofchromosomeviafloatingpointcoding.Boththedynamicconstraintandtheabilityeludingobstaclesofaircraftareconsideredenoughinthecomputationoffitnessfunction.Resultsofsimulationshowthemethodiseffective.Keywords:32Dflightpath;geneticalgorithm;b2sp
4、linecurve速度方向与地形的切平面坐标轴间的夹角作为1 引 言控制量,飞机的位置坐标作为状态变量,将航迹现代防空火力已构成完整的体系,高炮与防规划问题化为一起点固定、终端自由、时间自由空导弹相结合,从几十米的超低空到30km的高的最优控制问题。通过不断地改变初始航向的方空都在防空火力的作用范围之内,即由点防空进法,使路线的终点接近目标点,但该方法需要计算入面防空的时代。而在低空、超低空区域,目标探地形的二阶偏导数,因此对地形的要求较严,计算测雷达与目标照射雷达由于地形的作用而存在量较大,并且直接产生的三维航迹很容易发散。工作盲区,并且地形对高
5、炮、导弹也存在遮蔽、干文中应用改进遗传算法求解三维最优飞行扰作用,因此作战飞行器(巡航导弹、攻击机、无航迹,以代表航迹的三维B样条曲线的控制顶人机等)可以依靠地形遮蔽作用绕过威胁大的区点坐标值作为染色体的基因位,其物理含义直观域,从而完成攻击任务。但在低空、超低空进行飞明了;同时该方法对地形光滑性要求不高,无须行,由于地形障碍、飞行器机动能力的限制,飞行进行复杂的求导运算,因此实现起来比较方便。航迹不可能像在中高空那样不必考虑撞地的可能,因此,只有进行精确的航迹规划才能实现低2 改进遗传算法空突防。应用遗传算法解决实际问题的关键是确定目前,已有许多
6、飞行器航迹规划算编码方式,适应度函数设计、遗传算子确定等,文[1][2][3]法,但研究工作主要是分别进行水平面与中在以下几个环节对传统的遗传算子进行改进竖直面内的二维优化,这些方法在进行规划时并使其更适合最优航迹的求解。没有充分利用地形的迹蔽作用。文献[4]提出了2.1 编码方式直升机的地形跟踪三维路线直接生成的方法。以利用遗传算法解决飞行器三维航迹规划问X收稿日期:2004205225作者简介:冯琦(1964—),男,陕西西安市人,讲师,博士,研究方向:飞行器及机器人的任务ö路径规划。·86·弹箭与制导学报2004年 题时,如果仍旧采用二进制编
7、码方式映射规划问f3惩罚不满足飞行器动力约束,在B样条题,一般要先给出求解的精度以确定串长,而一曲线上每三个相邻采样点Pi-1、Pi、Pi+1之间,必旦精度确定后,就很难在算法执行过程中进行调须考虑∠Pi-1、Pi、Pi+1是否满足飞行器可用过载[3]整,从而使算法缺乏微调(fine2turning)的功能。动力约束的要求。f3则是B样条曲线上不满若在算法一开始就选取较高的精度,那么串长就足该要求的采样点组个数。很大,这样也将降低算法的效率。为了克服二进制编码的缺点,文中以空间B样条曲线的控制3B2样条曲线n顶点坐标值(Xi,Yi,Zi)(i=1,
8、⋯,M,M为控制B样条曲线议程定义为:P(t)=∑ViNi,k顶点的个数)作为基因位,直接采用浮点数进行i=1(t),其中
