关于无人机飞行航迹跟踪优化控制研究

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1、第33卷第5期计算机仿真2016年5月文章编号：1006—9348(2016)05—0047—06关于无人机飞行航迹跟踪优化控制研究胡京林，谢文俊，李俊涛，张鹏(空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安710038)摘要：研究无人机任务规划中的飞行航迹跟踪优化控制。为克服传统航迹规划算法仅使用航迹关键点难以满足无人机执行任务对航迹跟踪的要求，提出了一种用c2样条算法融合的无人机三维航迹跟踪优化控制方法，解决了不同航段中无人机的可飞性、边界限制、过载限制等约束。首先针对巡航段航迹采用融合算法中的3D样条优化生成具有时效性的光滑航迹曲

2、线。然后针对任务段航迹采用融合算法中的4D样条优化进一步生成能控制航迹关键点速度的航迹曲线，完成整条航迹的跟踪优化。仿真结果表明，关于c2样条算法融合的无人机三维航迹优化方法能有效地优化出无人机的实际飞行轨迹。有助于无人机的航迹跟踪控制。能够满足任务规划中无人机对航迹跟踪优化控制的高精度要求，为任务执行提供良好航迹条件。关键词：无人机，航迹跟踪，样条优化，算法融合中圈分类号：TP391．9文献标识码：BResearchonUAVThree-dimensionalTrajectoryFollowingOptimizationCon

3、trolHuJing-lin，XieWen-jun，LiJun-tao，ZhangPeng(AeronauticsAndAstronauticsEngineeringCofiege，AirForceEngineeringUniversity，Xi’an710038，China)ABSTRACT：Three-dimensionalTrajectoryFollowingOptimizationinUAVmissionplanningwasresearched．Ai·rainsto姐￡is每therequirementofoptima

4、ltrajectoryfollowinginUAVexecutemission，anthree—dimensionaltrajecto-ryfollowingoptimizationalgorithmbasedonC2SplinesFusionWasproposed．TheAlgorithmcalloptimizevarious叫-ectorysegmentswhichhavedifferentboundaryandoverloadrestrain．Firstly，3D-splineoptimizationofthefusion

5、al—gorithmcangeneratesmoothtrajectorycurvewithtimecontrolforcruisetrajectorysegment．Thenfortasktrajectorysegment，4D-splineoptimizationofthefusionalgorithmisusedtogetasmoothtrajectorywithvelocitycontrolatkey-points．Finally，throughthesimulationexperiment，theC2splinefus

6、ionalgorithmshowsgoodperformanceinoptimi-zingtheUAVtrajectorywhichcallhelpbettercontrolofUAVtrajectoryfollowingandofferbetterconditionformissionexecution．KEYWORDS：UAV；TrajectoryFoUowing；SplineOptimization；AlgorithmFusion1引言在无人机的发展过程中，航路规划作为无人机任务规划的主要部分，一直受到广泛的关注和深入的研

7、究。随着无人机功能向强对抗、作战打击方向的不断拓展，任务时效性和无人机机动性的要求也有极大地增加¨‘3j。因此，在规划复杂航迹时，对航迹的跟踪优化和性能约束的充分考虑便对无人机效能发挥和安全使用有着极为重要的意义M’51。目前，有关无人机航迹规划的研究主要集中于采用最优算法或启发式算法求得最优路径上的航迹关键点旧1。但这些算法均难以实现航迹跟踪时对无人机速度和时间的控制，收稿13期：2015—04～01修回日期：2015—06-25同时，具体算法均在不同程度上难以满足无人机动力约束、边界限制和过载限制等对航迹的要求、以及对产生航

8、迹可飞性的验证方法‘“。此外，一些学者在对航迹进行跟踪优化时，采用贝赛尔曲线拟合航迹关键点哺’91。该方法的曲线次数会随着航迹关键点的个数增加，而且一个关键点的变动会影响整条曲线。因此该算法计算量较大，且不适合实时航迹规划。采用圆弧拟合航迹的方法优化航迹。该方法