基于SAS算法的起飞一发失效应急路径规划方法

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaOct．252016VOI37No．103140．3148ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb(罾buaa．edu．cn基于SAS算法的起飞一发失效应急路径规划方法焦卫东1’*，程颖1，柯然21．中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津3003002．中国农业银行科技部，上海200000摘要：为解决起飞一发失效应急程序(EOSID)手动设计的不足，提出一种基于SRTM数据的稀疏A*搜索(SAS)算法的E0sID路径规划方法。首

2、先采用航天飞机雷达地形测绘使命(SRTM)的网格地形数据，结合起飞一发失效相关规章，考虑爬升梯度与保护区限制确定可行搜索空间；然后基于可行搜索空间运用稀疏A*搜索算法搜索应急离场路径，在传统A*算法寻找扩展节点时加入起飞性能约束条件，同时利用地形高程数据进行地形和威胁回避，生成一条三维应急离场航迹；最后利用三次样条曲线对规划的应急离场航迹进行平滑处理。实验结果表明该方法能自动搜索出有效的EOSID三维航迹。关键词：EOSID；航迹规划；稀疏A*算法；起飞性能；三次样条曲线中图分类号：V328．3文献标识码：A文章编号：1000一6893(2016)10一3140—09随着航空运

3、输业不断发展，自然条件复杂机场增加，起飞性能的安全性和经济性矛盾日渐突出。为保障起飞安全基础上的经济性，民航局规定航空承运人必须制定相应机型的起飞一发失效应急(EngineoutStandardInstrumentDepar—ture，EOSID)程序。目前EOSID由性能工程师和程序设计人员手动设计完成，设计工作量大，技术难度高，需要在全动模拟机上反复迭代，结果并非最优。近几年国外对EOSlD的航迹规划研究初步展开，将无人机(UnmannedAerialVehicle，UAV)航迹规划的先进技术运用到EOSID航迹自动规划中。2010年9月第十届AIAAATIO(Aviati

4、onTech—nology，Integration，and0perations)会议上，Tal—gorn等一13设计了一个自动优化EOSID水平航迹的软件。软件通过混合遗传算法对一发失效的航迹进行全局优化，利用最小梯度对地形进行优化处理，最终得到由一系列导航指令集组成的EOSID路径，该路径以离散的航迹指令序列作为有效航迹，仅提供有效几个操作类别及导航设备数量，并未得到连续航迹。2011年8月AIAA导航与技术会议上，Masson等[2]提出采用基于A*算法的UAV航迹规划技术规划起飞一发失效路径[3。4]，但未考虑实际飞机航向限制。以上航迹规划算法均基于二维平面搜索，无法有效

5、进行地形和威胁回避。中国现阶段主要侧重于EOSID设计制作及性能分析[51]，设计主要基于手动完成，对EOSlD航迹规划的相关研究较少。本文采用稀疏A*(SparseA*Search，SAS)算法，将一发失效的规章限制与地形数据相收稿日期：2015．11—13；退修日期：2015—12—17；录用日期：2016一02-22；网络出版时间：2016—04-1315：35网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20160413．1535．002．htmI基金项目：国家自然科学基金委员会．中国民航局民航联合研究基金(u1533115)；天津

6、市应用基础与前沿技术研究计划(14JcyBJcl6000)；中央高校基本科研业务费专项资金(3122013c016，31220132001)。*通讯作者Tel：020-24092444E-mail：nxjiaowd@sina．com戮用格武

7、焦l东．程颖．柯然基于SAs算法的起飞一发失藏应急路径规莉方法eJ．．航空学蓣，2016．38(10)：3140一3148．JIAoW0．cHENGY．KERiAoathp

8、annIngmethodforEos

9、DbasedonsAsa

10、90mhmLJj．AclaAerona“tlcaetAslronauticas{nIca，20{6．36

11、(x)：3140一3148．焦卫东，等：基于SAS算法的起飞一发失效应急路径规划方法结合构造三维搜索空间，在传统A*算法寻找扩展节点基础上考虑航向角、爬升／下滑角等约束条件，同时将地形威胁引入代价函数，使规划航迹满足实际飞行性能和越障要求；对规划航迹进行平滑处理并在MATLAB及三维地理信息系统中对规划路径进行验证，实现在真实地形环境中自动生成可行的EOSID三维连续航迹。1EOSID制作规范起飞标准仪表离场(StandardInstrumentDeparture，SID)程序是按照飞机全发