无人飞行器在线航迹规划技术研究

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1、第26卷第4期航天电子对抗0引言无人飞行器在线航迹规划技术研究胡中华，赵敏(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)摘要：在线航迹规划是针对不确定环境中的航迹规划问题，无人飞行器需要在参考飞行航线的约束下，根据局部地形、地貌、障碍、威胁等信息以及飞机本身机动能力的限制，实时地计算出飞行航迹，并跟随该航迹完成飞行任务。阐述了无人飞行器在线航迹规划的结构框架，分析了无人飞行器动力学约束及威胁场约束，并根据航迹几何建模方法及在线规划算法的国内外研究概况，着重探讨了在线规划算法如A。算法、Dynapath算法及连续型粒子群优化算法。最后，阐述了无人飞行器在线航迹

2、规划面临的关键问题及发展趋势。关键词：无人飞行器；在线航迹规划；A。算法；粒子群优化算法中图分类号：V249文献标识码：A．Researchofreal-timerouteplanningforUAVHuZhonghua．ZhaoMin(CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，Jiangsu，China)Abstract．．Thereal-timerouteplanningproblemofUAVisinuncertaine

3、nvironments．Duringimplementingthetask，theUAVtracksthereal—timeroutetofinishthetask．Itisoftencalculatedintermofterrain。physiog—nomy，obstacle，threaten，anditselfmaneuverability．Theframeworkofreal-timerouteplanningandanalysisUAV’Sdynamicconstraintsandtheconstraintofmenacefieldsareconstruc

4、ted．Thealgorithmsofreal-timeplanningandgeometricmodelinghomeandabroadarediscussed．TheA。algorithm，DynapathalgorithmandParticleSwarmOptimizationalgorithmartalgorithmareparticularlystudied．Finally，abriefconclusionofthekeyproblemsandthedevelopmenttrendofitaredescribed．Keywords：UAV；real-ti

5、merouteplanning；A。algorithm；PSO随着高新技术的发展，现代战争已经呈现出明显的无人化趋势。在未来信息化战争中，无人飞行器将扮演越来越重要的角色。因此，在实时环境中，不仅要求在有限的、尽可能短的时间内为无人飞行器迅速地规划出下一段可飞航迹，而且要求在周围环境发生变化时，无人飞行器能够“感知”到这种变化并迅速根据新的信息重新对路径进行寻优，找出在满足无人飞行器系统机动性能约束条件下，无人飞行器生存概率最大且经济效益最大的参考航迹，使得执行战术任务的无人飞行器能突防战场的威胁环境，并在敌方防空区基金项目：航空科学基金项目(2009ZC5204

6、1)收稿日期：2010—03—18；2010—06—10修回。作者简介：胡中华(1981一)，男，博士研究生，研究方向为智能优化算法、无人机协同航迹规划。域内完成任务，同时保存自己，达到最佳的作战效果，此即无人飞行器航迹规划Ⅲ。1在线航迹规划问题的描述根据不同的任务环境，无人机航迹规划可分为静态规划和动态规划。静态规划是根据先验数据人为给定任务环境，然后把预先规划好的最优路径装载在无人机上，无人机自动驾驶沿预定航线飞行。关于静态规划(离线规划)问题，许多学者作了大量的工作，智能算法方面主要有：A’算法、遗传算法、蚁群算法等等；航迹几何建模方面主要有：通过构建威胁场

7、的Voronoi图，得到回避威胁的航迹段，再用Dijstra法求解最优路径。这种方法的缺点是预先给定的战场环境太过简化，限制了实际可行路线；在无人机规避障碍物研究中，常用栅格法和人工势场法，栅格法速度随着规划空间的复杂度迅12航天电子对抗2010(4)速变慢，人工势场法也存在避障缺点[2]。动态规划(在线规划)即根据环境变化，无人机实时做出反应，重新规划路径[3]。无人机动态航迹规划需要考虑无人机机动性能约束及威胁场约束。在未知环境下，威胁场具有突发特性，主要包括随机风场、地理障碍、雷达、导弹及高炮等威胁源。也就是说，应考虑无人机在飞行过程中能根据位置变化获取传感

8、信息、进行