不同威胁情况下无人机实时航路规划算法研究-论文.pdf

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1、第!"卷#第$%期#&%!"年!%月科#学#技#术#与#工#程#;34-?@&%!"!'(!!!)!*"&%!"#$%+%%A(+%*#,-./0-/1/-2034356708905.0//:.05!#&%!"#,-.<1/-2<905:5<航空航天不同威胁情况下无人机实时航路规划算法研究!王莉莉#周#娟"中国民航大学空中交通管理学院$天津$%%$%%#摘#要#针对无人机实时航路规划问题!分析安全影响威胁!建立了改进的威胁概率模型#在安全回避突发威胁的前提上!增加考虑了偏离预定航路飞行代价影响*以飞行总航程最短为目标建立了新的飞行模型#针对当前

2、飞行航段出现单个突发威胁和多个处于不同排列情况的突发威胁&组'情况!给出了相应的最优航路分析*并设计了基于最短路思想的启发式算法#对三种场景进行算例仿真#仿真结果表明!模型和算法具有有效性和可行性!可以实时分析突发威胁!并规划出相对安全经济的实时航路#关键词#无人机##威胁概率##实时##航路规划##启发式算法中图法分类号#;$**<&%####文献标志码#E##无人机在飞行中会遇到很多不可预测的情况$考虑回避突发威胁时偏离预定航路太远$添加了附因此需要考虑一些特殊情况$使无人机在飞行过程加代价影响约束$建立以总航程最短为目标的飞行中能自行对飞行航路进行实时规划'无

3、人机实时航模型$提出多个突发威胁体处于不同排列情况下的路规划是指在无人干预的情况下$无人机面对突发最优航路分析方法$并设计启发式算法进行算例仿威胁能够实时进行威胁分析$重新修改预先规划的真$验证模型和算法的有效性和可行性'航路$及时规划出新的飞行航路$使其满足实时航路$%模型建立与分析规划的目标函数和约束条件$以提高完成任务的成功率和增强无人飞行器的生存力'国内外实时航路$($%威胁概率模型的建立)!*规划研究已成为一个热点问题'D/447Y7:V.4/P和无人机在飞行过程中$会受到来自不同威胁体)&*Z3700.Pc<=.U343P等分别采用了基于遗传算法进"如雷

4、达等探测性威胁(突发恶劣天气等#的威胁'化算法来求解航迹规划问题$均存在比较费时的问将当前突发威胁体看成威胁体M$其产生的威胁影)$*)"*题'Z:.PC305b7056和h7F/PS3/LL4/分别研究响区域简化为圆域$对应半径'$在威胁区域一定了规避地形障碍物的实时航迹规划问题$但该方法范围内$无人机越接近威胁体中心$受到的威胁将会没有考虑其他外在威胁的影响'文献)**和文献越大$即对应的威胁概率越大$可认为威胁体M对无)'*分别采用基于实时E!搜索的无人机实时航迹人机的威胁概率与无人机到威胁体M中心之间的距规划算法和变步长的E!方法进行实时规划'李春离%M成反

5、比'当到某大小半径圆形区域内时产生)(*涛等针对局域动态环境提出基于速度矢量场的的威胁均可能会毁灭无人机$此时认为威胁无限大$))*二维动态实时航路规划方法'武善杰等提出了即威胁概率非常大接近为!'则威胁体M对无人机一种基于行为协同和虚拟目标相结合的无人机实时的威胁概率模型为)A*航路规划方法'于会等提出一种基于粒子群的6-%'M$'%%%'MMF.0F7G航迹规划算法'本文通过分析威胁概率与到突发威;M&!$%%'"!#{F.0胁体中心的距离的关系$建立改进的威胁概率模型'%$%+'F7G式"!#中6M为安全系数$'M表示不同种类威胁的威&%!"年'月!"日收到国

6、家自然科学基金委员会与中国民用航空局联合资助项目"'!!(A%"&#(中央高校基本胁程度系数$'F.0为毁灭无人机区域半径$'F7G为威科研业务费"MWC&%!&a%%*#资助胁区域最大半径'由于无人机自身对威胁有一定的第一作者简介&王莉莉"!A($!#$女$陕西兴平人$教授$博士'研究承受能力$设定无人机能承受的最大威胁对应的概方向&空中交通管理(空域规划'率为临界威胁概率;M%$对应半径为'%&!通讯作者简介&周娟"!A)A!#$女$湖南永州人$硕士研究生'研究'M方向&动态航路规划'9+F7.4&Yg%)&&$%)(I!'$<-3F'槡6M-;M%"'F.0*

7、'%%'F7G#的临界圆%当%M*'%即;M(;M%$认为当前位置所受威胁太大$设为严重威A)科#学#技#术#与#工#程!"卷胁区域%当%M+'%即;M%;M%$认为此时所受威胁某时刻该威胁消失$无人机无需继续沿原回避威胁在无人机正常承受能力之内$表明无人机可在此威的路径绕飞$应立即在当前位置重新计算最优路径$胁下飞行'并按新计算的路径飞行'根据突发威胁体出现时间的长短分为永久威胁对于永久威胁$有以下几种情况&""PM*"/M&!#和临时威胁""PM*"/M&9%#$"PM("/M分情况一&若探测到当前航段"航路拐点或目标别为突发威胁体M出现和消失的时间'永久威