无人机自主飞行航迹规划问题1

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1、目录一、问题重述2二、符号说明2三、基本假设3四、问题分析34.1二维空间无人机航迹规划44.2三维空间无人机航迹规划5五、模型的建立与求解65．1二维空间无人机航迹规划65．1．1单个雷达模型的建立65．1．2利用Voronoi图对雷达威胁网络的划分75．1．3路径代价的加权计算85．1．4利用Dijkstra算法进行最优路径搜索85．1．5利用CHC算法对初始航迹进行优化处理95．2三维空间无人机航迹规划115．2．1三维数字地图的平滑115．2．2三维空间路径代价的定义和加权计算115．2．3消除不可行节点的扩展155．2．4将三维空间的搜索转变成二维平面的搜索

2、155．2．5使用A*算法进行最优航迹搜索155．2．6优化和调整航迹165．3模型的仿真和可行性分析175．3．1二维空间无人机航迹规划模型175．3．2三维空间无人机航迹规划模型18六、模型优缺点206．1二维空间无人机航迹规划模型206．1．1模型优点：206．1．2模型缺点：216．2三维空间无人机航迹规划模型216．2．1模型优点：216．2．2模型缺点：21七、模型的推广21u可以用于高速突防弹道导弹的路径规划21u用于车载GPS卫星定位的汽车自动寻径21八、参考文献2222一、问题重述无人机是军事领域中最具有威胁的空中突防武器之一，凭借着它良好的机动特性

3、，无人机可以执行如情报获取，侦察监督；实施雷达干扰、迷惑欺骗对方；压制对方防空火力(SEAD)，因此世界各国争相在无人机方向进行大量的研究，我国的在无人机方面也做出了大量的研究，其中西北工业大学在祖国的无人机方面做出了突出贡献。无人机最主要的能力就是它的自主飞行能力，要在复杂多变的战场环境中保全自己，完成任务，那就需要相当程度的飞行路径规划能力，无人机的航迹规划是指单机在初始位置、终止位置和一些目标任务结点确定之后的飞行轨迹问题,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局部修

4、改。现在假定某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)，在不限制无人机起飞降落等因素的前提下，根据电子地图和雷达威胁信息，给出无人机的最佳航迹。需要解决的问题有：问题1:在忽略地形和无人机操作性能等因素影响的前提下，综合考虑敌方雷达威胁，无人机航程长度等因素，在二维平面建立单机单目标的航迹规划模型。问题2：在解决问题1的前提下，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，即在三维空间对模型进行优化。问题3：探讨所建模型的可行性和可操作性，

5、并进行仿真模拟。二、符号说明重要符号含义第p条边的飞行长度代价第p条边的威胁程度代价第p条边的路径长度雷达的总数量直线段函数路径代价权值坐标系中第部雷达的坐标()目标到第部雷达的斜距()22目标收到第部雷达的照射功率()第部雷达对目标的探测概率()雷达方程参数无人机在点的时间代价（归一化）无人机在点的雷达威胁度（归一化）无人机在点的低空惩罚度(归一化)无人机在点的爬升/俯冲归一化代价无人机在点的侧转归一化代价无人机在点的归一化总代价加权因子由起始点到节点的实际代价值节点到目标点的代价估计值由起始点通过节点到目标点的航迹代价估计值一、基本假设u所有的雷达均是相同的；u无

6、人机的速度在飞行过程中不会发生变化；u战场环境是已知的，不会发生动态改变；二、问题分析无人机航路规划是指在特定约束条件下，寻找从起始点到目标点并满足无人机性能指标的最优或可行的航路。其本质是多约束条件下最优或可行解的求解问题。无人机航路规划主要包括环境信息、飞行约束、航路目标以及航路规划器4部分(如图1所示)：图1.无人机航迹规划模型22按照环境模型是否实时更新，即无人机飞行环境是否确定，航路规划可分为静态全局航路规划和实时的局部航路规划。静态全局航路规划根据无人机飞行环境的确定信息，在无人机离线状态下进行规划设计。这一过程一般在无人机起飞前完成，实时性要求不高，因而

7、可以采用的规划算法比较宽。实时局部航路规划通过传感器对环境变化的反馈更新后，在相应时间内对航路进行规划设计，这种规划实时性要求高。因主要处理的是给定数字地图下的航迹求解，故而仅考虑静态航路规划，实时航路规划算法可以经过静态航路规划算法推广而得。4.1二维空间无人机航迹规划从题目中可以知道，无人机要根据已知的雷达坐标信息，找到一条既能最大限度避开雷达探测，又能以最快时间到达目标点的路径。这是一个路径优化问题，适合用图搜索技术解决，要解决这个问题，应该先对雷达做一个简单的了解。众所周知，雷达作为现代战场中重要的信息获取工具，是构成无人机战场生存能力最大的