突发威胁环境下无人机实时航迹规划研究.pdf

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1、第32卷第08期计算机仿真2015年08月文章编号：1006—9348(2015)08-0113一05突发威胁环境下无人机实时航迹规划研究丁泽军，张健，李朝旭，刘宇坤(空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安710038)摘要：研究无人机在突发威胁出现时的航迹规划，要求实时性和快速性。为解决航迹规划实时性和可飞性问题，从工程实际出发提出一种为无人机实时规划避免突发威胁航迹的方法。上述方法首先对航迹规划的约束条件进行了分类处理，然后结合滚动时域控制分析滚动探测和规划的时空约束条件保证规划实时性。以无人机的机动性能作为可飞性约束条件剪裁搜索区域改进算法，优化

2、了算法的数据结构和流程使得规划航迹满足实时性要求。仿真结果表明在保证航迹规划实时进行且可飞的条件下无人机成功避免了突发威胁，改进方法可用于突发威胁环境下的无人机实时航迹规划。关键词：无人机；实时航迹规划；滚动时域控制；改进算法；搜索策略中图分类号：TP391．9文献标识码：BReal—TimePathPlanningofUAV’SinEmergentThreatsDINGZe—jan，ZHANGJian，LIChao—XU，LIUYu—kun(AirForceEngineeringUniversityAeronauticsandAstronautics

3、EngineeringCofiego，Xi’明Shahxi710038，China)ABSTRACT：ThispaperstudiesUAV’Spathplanningwhenemergentthreatsappear．Toimprovethereal—timeperformanceandfindaflyablepath，areal—timepathplanningmethodforUAV’sispresentedtoavoidemergentthreatsfromengineeringpractice．First，thereal—timepathpl

4、anningconstraintsareclassified．Thenthereal—timeperformanceofthepathplanningisensuredbycombiningrecedinghorizoncontrolwiththetimeandspacecon—straints．ThealgorithmisimprovedbyclippingsearchareaaccordingtotheUAVmaneuverperformanceastheflya—bleconstraints，andthedatastructureofthealg

5、orithmisimprovedandtheprocessisoptimizedtosatisfytherequire·mentofreal—timeperformance．ThesimulationresultsshowthattheUAVCanavoidtheemergentthreatsundertheconditionofreal—timeperformanceandflyableconstraints．KEYWORDS：UAV；Real—timepathplanning；Recedinghorizoncontrol；Improvedalgor

6、ithm；Searchstrategy1引言当前为适应复杂战场环境和提高执行任务的成功率，有关实时航迹规划的研究越来越深入⋯。在现代空战中无人机面临瞬息万变的外部环境，其中就包括突发的外部环境威胁。以往处理方法是进行全局航迹规划后对规划的航迹可飞性进行判断，根据需要进行局部航迹优化，这种操作步骤降低了无人机面对动态环境的应变能力，已经不能满足无人机实时飞行的要求旧J。传统航迹规划的方法有遗传算法【31、粒子群算法HJ、A·算法”1等，这些方法只能离线规划难以满足实时性要求。改进粒子群算法【61增强了规划的实时性，但其本质是一种重规划方法没有能够结合滚动

7、时域控制思收稿日期：2014—12—03修回日期：2014—12—25想。文献[7]提出了分段航迹规划方法，但是没有结合工程实际中无人机机动性能要求具体阐述其规划条件限制如何满足可飞性。稀疏A+搜索算法(SAS)哺。通过剪裁搜索空间来提高算法效率，但是这种算法没有能够在减少计算时间消耗的同时保证规划航迹的可飞性，降低了对未知突发威胁的应变能力。为保证在出现突发威胁的情况下无人机继续飞行的安全性，航迹规划既要实时快速又要满足无人机机动性能约束使得航迹可飞，这就导致航迹规划面临诸多难题，可行的方法是不断地对周围环境进行探测和处理、加快算法流程以产生无人机安

8、全飞抵目标所需的航迹。为此，本文采用滚动时域控制(RecedingHorizonControl