无人机自主飞行轨迹规划 问题

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1、无人机自主飞行航迹规划问题摘要在分析无人机飞行轨迹问题的基础上，建立二维、三维情况下的航迹规划模型，求得在飞行高度安全的前提下无人机的最短飞行轨迹。作出模型的基本假设，根据维数给出目标探测概率的计算过程以及最短航迹的规划思路。通过设计具体的仿真环境，对不同维数情况下的航迹分别进行求解和分析，验证了模型的合理性。根据执行任务飞机性能的不同，航迹规划可以分为攻击无人机航迹规划及侦查无人机航迹规划；根据规模的不同，可以分为单机及多机协同编队航迹规划；根据飞行环境的不同，可以分为确定环境及不确定环境航迹规划。此外，按照实现功能可以划分为离线静态航迹预规划和在线动态实时航迹

2、规划。其算法可分为可行性方向算法，通用动态算法及实时优化算法[1]。对于问题一，在二维空间下，确定单个雷达对区域内目标的发现概率，然后按照信息融合的原则给出整个雷达系统对区域内目标的发现概率。确定一个概率界限，将区域划分为安全区域与非安全区域，继而在安全区域内规划无人机的最短飞行轨迹。问题二要求把模型扩展到三维空间，并同时考虑无人机的操作性能（主要考虑拐弯）和地形因素。在三维情况下，假设无人机的飞行基本是沿着地势，可以将地形的简化与雷达系统探测概率的空间分割法统一起来，以便简化模型的计算。空间分割法指的是根据目标距离雷达的高度不同，将二维模型扩展到不同高度层上，规

3、划平面的飞行轨迹，最后在确保飞行高度安全的前提下，根据实际地形情况和无人机的操作性能对二维轨迹进行修正，并扩展得到三维飞行轨迹。对于第三问，我们可以在对相关参数进行适当赋值后，在MATLAB中进行仿真模拟。关键词：无人机；雷达；飞行航迹规划；探测概率一、问题的重述无人机的发展至今已有70多年的历史，其军事应用主要是执行各种侦察任务。随着无人机平台技术和机载遥感技术的不断发展，它的军事应用范围已经得到大大的扩展，并且这种扩展还将持续下去，如通信中继、军事测绘、电子对抗、信息攻击等。特别是精确制导武器技术的发展，又使它成为搭载这种武器的理想平台。众所周知，“自主飞行”

4、的能力是无人驾驶飞机所必须具有的。如果要实现无人驾驶飞机的自主飞行,那么就要求无人驾驶飞机具有相当程度的飞行航迹规划能力。无人机的航迹规划是指其为了圆满完成任务而作的计划。它往往指单机在初始位置、终止位置和一些目标任务结点确定之后的航迹规划问题,其基本功能是根据无人机的性能和飞经的地理环境、威胁环境等因素,对已知的目标规划提出满足要求的航迹,以便在实际飞行时可以根据需要进行实时的局部修改。现在要讨论如下的情况：假定无人机的活动范围为20km×20km的区域，无人机起点的平面坐标为[1,2](单位：km),攻击目标的平面坐标为[19,18](单位：km)，同时不考虑

5、无人机起飞和降落时的限制。数字地图和敌方威胁情况(主要考虑雷达威胁)可以从附件中查得。数字地图可以做适当的简化，比如可以把地形近似分为三种：高地，低地以及过渡地带。具体问题如下：问题1：忽略地形和无人机操作性能等因素的影响，综合考虑敌方威胁情况、无人机航程等因素，基于二维平面建立单机单目标的航迹规划模型。问题2：把模型扩展到三维空间，并同时考虑无人机的操作性能（主要考虑拐弯）和地形因素。问题3：试讨论和分析上述模型的可行性，并做仿真分析。二、无人机自主飞行轨迹问题的分析和研究根据执行任务飞机性能的不同，航迹规划可以分为攻击无人机航迹规划及侦查无人机航迹规划；根据规

6、模的不同，可以分为单机及多机协同编队航迹规划；根据飞行环境的不同，可以分为确定环境及不确定环境航迹规划。此外，按照实现功能可以划分为离线静态航迹预规划和在线动态实时航迹规划。其算法可分为可行性方向算法，通用动态算法及实时优化算法[1]。在研究无人机航迹规划问题时，根据由简单到复杂的原则具体分析，即从二维空间过渡到三维；由单个雷达过渡到整个雷达系统；先忽略地形和无人机操作性能的影响，建立基本模型后再融入到其中。这里有一个无人机的安全问题，即无人机尽可能飞越被发现概率低的区域，而且尽可能使航程短。具体的设计思想如下：（1）对于问题一，在二维空间下，确定单个雷达对区域内

7、目标的发现概率，然后按照信息融合的原则给出整个雷达系统对区域内目标的发现概率。确定一个概率界限，将区域划分为安全区域与非安全区域，继而在安全区域内规划无人机的最短飞行轨迹。（2）问题二要求把模型扩展到三维空间，并同时考虑无人机的操作性能（主要考虑拐弯）和地形因素。在三维情况下，假设无人机的飞行基本是沿着地势，可以将地形的简化与雷达系统探测概率的空间分割法统一起来，以便简化模型的计算。空间分割法指的是根据目标距离雷达的高度不同，将二维模型扩展到不同高度层上，规划平面的飞行轨迹，最后在确保飞行高度安全的前提下，根据实际地形情况和无人机的操作性能对二维轨迹进行修正，并扩

8、展得到三维