基于三维环境复杂约束条件的无人机航迹规划方法研究

【摘要】无人机在现代国家安全防卫任务中扮演愈来愈重要的角色,而航迹规划作为飞行任务规划中的核心角色,其重要性也日益凸显,成为各个国家争相研究的课题。所谓航迹规划,就是在人工不干预或少干预下,根据飞机性能、环境影响要素等约束条件下自动计算无人机最优飞行航迹,保证无人机安全、高效的完成任务的规划系统。已有的规划方法往往基于平面空间或将高程作为属性进行分析,不能较好的表示实际的三维区域,由于无人机在真实侦查作战任务中周围环境复杂,存在较多约束条件,所以在航迹规划中需要将各种威胁逐步排出,才能得到合理、高效并且安全的无人机飞行航线。本文主要对无人机航迹规划任务的安全性及最优性进行了研究,包括以下几方面：1.对无人机航迹规划总体流程进行了梳理,分析了航迹规划过程中需要注重的问题,即规避威胁问题及最优航迹生成问题,并提出了具体的实施方案。2.将无人机航迹规划中的约束条件分为两种,分别为性能约束条件和威胁约束条件,作为航迹规划任务的基础。其中性能约束包括飞行距离约束、最大转弯角约束、最小步长约束等等,威胁约束则包括探测威胁、火力威胁、地形威胁和禁飞区威胁等等。3.分别对不同的威胁进行建模,由于无人机在空中飞行时会遇到雷达、电磁等探测威胁以及导弹、高炮等火力威胁,探测威胁建模以探测半径和探测概率为基础,火力威胁建模则以打击半径和打击概率为基础,此外,还存在如禁飞区威胁等其它不确定威胁,需要根据具体情况进行建模。4.通过选择适当的安全阈值得到无人机飞行的安全区域,在此基础上通过改进的A*算法计算得到最优航迹。航迹规划的任务评价,包括长度、高度、连通性等因素,对规划任务的最优性进行综合分析。最后,将上述航迹规划方法应用在航迹规划实例,综合考虑各种因素得到最优航迹,通过任务评价验证了生成的航迹是合理的,此方法是可行的。
【作者】辛培源；
【导师】徐智勇；
【作者基本信息】首都师范大学，地图学与地理信息系统，2014，硕士
【关键词】航迹规划；威胁模型；A~*算法；无人机；

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