Research of UAV Flight Planning Parameters

UAV remote sensing as a digital aerial photography, not only has some basic photogrammetry features, but also has some other features. In this paper, aim at the characteristics of UAV remote sensing, begin with image data acquisition, the various parameter setting in the route planning were introduced, some of the principle was analyzed, the design of control points was described, and some of the considerations when laid control points were summarized.

基于危险天气不确定性的最小风险路径规划方法

为降低飞行过程中遭遇危险天气的概率,同时避免大范围绕飞导致的路径与耗油增加,针对航路中的雷暴、积冰和颠簸天气,使用数值预报和概率预报,面向航前飞行计划,提出一种基于危险天气不确定性的最小风险路径规划方法.首先,基于概率预报数据使用配料法和C-F模型计算雷暴发生概率,基于数值预报数据计算积冰预测指数和颠簸预测指数;然后,融合多类型危险天气,提出一种具备风险标识的栅格化地图;在此基础上,改进传统路径最短的规划算法,构建以风险最小化为目标的Dijkstra和A^(*)算法;最后,使用2023年4月3日华中地区强对流天气预测数据建立风险地图,使用上述改进算法与传统Dijkstra、A^(*)和RRT算法进行路径规划并对比分析.结果表明,传统Dijkstra和A^(*)算法可计算得到最短飞行路径,而改进的A^(*)算法可计算得到总风险最小路径;若综合考虑飞行风险与路径长度,改进的Dijkstra算法最为适合.

基于改进蚁群算法和共用航段的搜索救援通道规划

针对战斗搜救任务场景中,空中搜索救援等待区至跳伞区之间的往返路径规划问题,提出一种基于改进蚁群算法和共用航段的搜索救援通道规划方法。首先,针对基本蚁群算法易出现局部极值及收敛速度慢等缺点,对启发函数、状态转移策略、信息素更新策略进行了改进。然后,针对单起点多目标点的路径规划问题,提出了设置分航点以生成共用航段的搜索救援通道规划方法,并以总路径长度表征任务准备负荷量与分别规划航路进行对比。实验结果表明,在本文测试环境下,改进蚁群算法规划的路径长度分别缩减15.4%和14.2%,搜索救援通道的任务准备负荷量减少25.4%。所提出的搜索救援通道规划方法有一定的理论和应用价值。

深空探测任务智能规划技术发展综述

围绕深空探测任务发展对飞控组织实施的要求,文章介绍了任务智能规划的内涵,总结当前科技成果转化遇到的挑战,结合前沿技术与工程经验,提出通用规划处理流程,从领域建模、智能求解两个关键环节综述当前技术发展情况。针对未来国家重大航天工程需求,提出对技术发展趋势和研究方向的思考,可以为构建飞控任务智能规划通用平台、提升地面任务决策智能化水平提供参考。

基于EMSDBO算法的无人机三维航迹规划

针对无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)三维航迹规划问题,提出一种增强型多策略蜣螂算法的UAV航迹规划方法。首先,将飞行接近率和响应时间的动态约束添加到威胁成本代价中,并考虑UAV转弯性能的影响,建立三维任务空间模型与航迹代价函数。其次,在蜣螂算法中引入偏移估计策略、变螺旋搜索策略、准反向学习策略和逐维变异策略,提高算法的全局寻优能力和收敛速度。最后,给出了改进算法在三维环境下航迹规划的仿真结果。结果表明:综合考虑UAV机动性能和转弯性能,规划出的路径可以更加安全有效地避开危险源。相比其他算法,改进算法的寻优能力更好,规划的航迹质量更优。

基于改进黏菌算法的移动机器人路径规划

针对标准黏菌算法(Slime Mould Algorithm,SMA)收敛速度较慢、初始种群多样性低以及全局寻优较差等问题,提出一种融合多策略的黏菌算法(Multi-strategy improved Slime Mould Algorithm,MSMA)。在黏菌初始种群中利用Tent混沌映射产生的混沌序列,丰富算法种群多样性,避免局部最优;在黏菌接近食物阶段引入莱维飞行策略,改进黏菌的寻优方式;利用黄金正弦算法的遍历性,提高黏菌算法的搜索精度。将MSMA应用在移动机器人的全局路径规划上,获取路径规划结果。所提算法具有较好的收敛性以及全局搜索的能力,在移动机器人路径规划方面具有较好的规划性能和寻优能力。

对陆攻击巡航导弹航路规划评价指标体系设计

针对单一航路规划算法代价函数评价指标有限,规划推荐的最优航路为局部指标最优的问题,根据导弹作战要求和作战环境特点,从飞行安全、突防安全、打击精度要求出发,建立对陆攻击巡航导弹航路规划评价指标体系,定性分析了导弹撞地与落入人文区概率、航迹穿越探测区与拦截区幅度、自控飞行与探测识别精度等具体评价指标,对优化航路规划寻优算法有一定借鉴意义。

基于Q-Learning的航空器滑行路径规划研究

针对传统算法规划航空器滑行路径准确度低、不能根据整体场面运行情况进行路径规划的问题,提出一种基于Q-Learning的路径规划方法。通过对机场飞行区网络结构模型和强化学习的仿真环境分析,设置了状态空间和动作空间,并根据路径的合规性和合理性设定了奖励函数,将路径合理性评价值设置为滑行路径长度与飞行区平均滑行时间乘积的倒数。最后,分析了动作选择策略参数对路径规划模型的影响。结果表明,与A*算法和Floyd算法相比,基于Q-Learning的路径规划在滑行距离最短的同时,避开了相对繁忙的区域,路径合理性评价值高。

基于多目标混合启发式算法的协同无冲突4D航迹规划

为促进基于航迹运行的框架下未来空中交通管理系统的协同决策,本文提出了一种协同无冲突4D航迹规划方法。首先以提高航班效率和航空公司间的公平性为目标,以无冲突为约束构建了一个多目标整数线性优化模型。其次,提出了一种基于基尼系数的指标以量化航空公司间的成本分配公平性。为了提高问题求解效率,采用了基于网格的探测方法以加速冲突检测,并设计了一种多目标混合启发式算法(Multi-objective hybrid-meta-heuristic optimization algorithm,MHMOA),通过结合模拟退火(Simulated annealing,SA)和爬山局部搜索算法来近似最优的非支配解。最后,利用实际航班计划和航路网络数据比较和分析了MHMOA、SA和两种常规多目标优化算法的优化结果。结果表明,MHMOA所获得的非支配解的质量更高、延误更低且航空公司间公平性更优,在3个多目标优化性能指标方面表现优异,可为空中交通管理员提供更详细的决策支持。

亚轨道载人飞行发展研究

二十一世纪,商业航天是世界航天产业经济发展的重要引擎。亚轨道载人飞行作为载人航天的商业外延,体现出低成本、高可靠和便捷性好的特点,是商业航天追逐的热门赛道。文章对国际上亚轨道载人飞行的发展现状进行了调研,从可行性、用户需求和经济效益等方面,对三种亚轨道载人飞行形式进行了对比分析。结果表明,载人飞船方案是亚轨道载人飞行最合适的发展方向;载人飞船后续发展需重点突破可重复使用火箭技术、逃逸救生技术及无损回收技术。

基于改进海鸥优化算法的机器人路径规划

针对海鸥优化算法(SOA)存在收敛精度低以及易陷入局部最优等问题,提出一种多策略融合改进的海鸥优化算法(MFSOA)。首先,引入Tent混沌映射初始化种群,增加海鸥种群多样性;基于当前迭代次数t的非线性收敛因子动态调整策略,将海鸥优化算法的线性搜索非线性化,增强算法的寻优速度和寻优精度,避免算法陷入局部最优;在海鸥位置更新时引入Levy飞行策略增强算法的全局搜索能力;最后,通过使用黄金正弦机制引导种群的位置更新,进一步缩小搜索范围,提高算法局部搜索能力。选用6个基准测试函数对算法性能进行测试,测试结果显示MFSOA收敛速度更快,收敛精度更高;最后将改进算法应用于移动机器人路径规划,仿真结果表明该算法规划的路径长度更短,搜索效率更高。

基于直升机优化调度的电力系统灾后快速恢复模型

小概率-高风险的极端事件发生频率呈上升趋势,电网安全问题愈发严峻,建立健全应对极端天气和自然灾害的电力应急响应机制迫在眉睫。为确保高电压等级骨干网架的安全运行,充分利用通用航空资源,提出了一种电力系统灾后快速恢复方法。首先针对直升机飞行特性以及航路三维特性,建立了直升机三维航路规划模型,包含最小离地高度约束、最大转弯距离约束和最大俯仰距离约束等。在此基础上建立了基于直升机优化调度的电力系统灾后快速恢复模型,模型以经济损失最小为目标,考虑停电损失和直升机调用成本;约束条件包含直升机维修路径约束、电力系统安全运行约束及故障线路状态耦合约束,考虑了直升机容量约束、航行里程约束使得模型更加贴切实际。算例测试采用改进的IEEE 30节点系统,展示了利用直升机进行灾后恢复的全过程,结果验证了所提模型的有效性。

引入控制量变化率约束的双层协同轨迹规划器

针对亚音速飞行器编队飞行轨迹规划约束复杂、求解困难的问题,提出了一种引入控制量变化率约束的双层亚音速飞行器协同轨迹规划器。首先,引入控制量变化率约束以保证轨迹可行性,为了避免增加新的状态方程而增加计算量,采用拉格朗日插值多项式计算控制变量变化率,将其作为求解最优控制问题伪谱法的约束条件。然后,使用顶层单飞行器规划器在不考虑多飞行器协同约束的条件下使用较少配点的伪谱法快速求解每个飞行器的粗略轨迹结果,求解结果使用拉格朗日插值作为底层多飞行器规划器的初值。底层多飞行器规划器使用更多的配点以确保求解的精度,在考虑多飞行器协同约束条件下进行伪谱法求解,以解决伪谱法初值敏感问题并提高优化效率。最后仿真结果表明了所提方法的有效性,与引入虚拟控制量而增加状态方程方法相比,此方法计算量更小,求解效率更优,满足协同轨迹规划的要求。

巡飞弹航迹规划与飞行控制方法发展

巡飞弹是无人机技术与弹药技术结合的产物,可实现战场态势感知、精确打击、信息支援等功能,是未来信息化作战的重要武器之一。介绍巡飞弹的定义组成、分类方法、作战功能、型号发展、战场应用等情况;阐述巡飞弹航迹规划方法的发展现状和未来趋势,包括传统规划方法、智能规划算法和集群规划算法等;对巡飞弹飞行控制的关键技术,包括制导、姿控和导航技术的发展现状和未来趋势进行了介绍,其中的制导技术包括巡飞段跟踪制导、俯冲段末制导和多弹协同制导等;展望了巡飞弹未来的发展方向。

无人机航路规划实验教学平台设计与应用

航路规划是导航与制导专业课程中的重要内容。结合实验教学中导航与航路规划等知识点,设计了以双旋翼无人机为对象的自主航路规划实验虚拟仿真教学平台。在此基础上,开发了无人机三轴速度控制实验、基于强化学习的未知环境航路规划实验、基于人工势场法的多场景航路规划实验。教学应用表明,学生在实验平台上学习后,对无人机控制与导航产生了兴趣,对智能路径规划问题有了更深的认识。

基于改进一致性理论的无人机编队航迹在线规划

针对无人机编队在飞行过程中任务发生变化的情形,提出了基于改进一致性理论的无人机编队航迹在线规划方法。首先,针对一致性算法进行改进,引入人工势场法,提出了考虑机间距离和相对速度的防碰撞策略;基于无人机相对位置和状态量,提出了考虑无人机转弯半径和速度的转弯策略。其次,基于编队拆分思想和RRT*算法,提出了基于拆分编队思想的在线航迹规划方法。仿真结果表明:防碰撞策略能使无人机之间在编队成形前保持安全距离,不发生碰撞;转弯策略能使编队在转弯过程中保持队形;编队重组的在线航迹规划方法能满足执行新增任务的情形。

针对低速目标的飞行器中段航迹快速规划

针对长航程飞行器打击低速舰船目标的问题,提出一种基于滚动序列凸优化算法的中段航迹快速规划算法。使用滚动规划框架将航迹更新问题转化为初始与终端位置更新后的单次航迹规划子问题,构造多约束凸优化问题并使用序列凸优化算法求解。提出滚动规划周期收缩策略,减少航迹更新次数。设计了一种改进参考航迹生成算法并使用了信赖域自适应收缩策略,在保证规划效果的同时有效提高计算速度。仿真结果表明,该算法规划效果优良,可满足在线规划的要求,且与一般的滚动序列凸优化航迹规划算法相比速度更快。

混合多策略改进蜣螂算法的避障路径规划

为了实现移动机器人在复杂环境中路径规划的高效搜索能力,提出了一种混合多策略的改进蜣螂算法。首先,引入改进ISPM混沌策略用于初始化蜣螂的初始种群,使初始总体分布更均匀,并降低算法落入局部最优解的可能性。然后,将贪婪选择策略与改进透镜成像反向学习策略相结合,改进蜣螂觅食行为的位置更新,平衡算法的局部开发和全局搜索能力,提高算法的收敛能力;最后,利用莱维飞行策略并加入改进动态权重更新方式,改进蜣螂偷窃行为的位置更新,改变最优全局解,防止算法陷入局部最优。为了验证改进算法的性能,采用基本测试函数和路径优化方面仿真,将改进后算法与其他四种群体智能算法进行了比较。实验结果表明,改进的蜣螂优化算法显著提高了收敛速度和优化精度,具有良好的鲁棒性。

带有时间约束的多飞行器协同轨迹规划

面向多个高超声速飞行器在指定时间到达指定区域的场景,本文提出了一种带有时间约束的多飞行器协同轨迹规划方法.首先,通过解决飞行器再入飞行时间与横向机动之间的耦合问题,基于二元牛顿迭代法设计了一种考虑飞行时间约束和航程约束的纵向轨迹规划方法.然后,在横向平面内基于一种边界可调式的航向角偏差走廊实现了飞行器的横向机动,同时,设计了一种补偿更新策略不断迭代直至得到满足飞行时间约束的三维轨迹.在此基础上,分析了飞行器的飞行能力并给出了一种飞行器的协同飞行时间、终端高度和飞行航程的确定方法.最后,通过多飞行器协同飞行的仿真结果表明,本文的方法能够得到多飞行器满足飞行时间和终端约束的三维轨迹,并具有良好的计算精度.同时,蒙特卡洛仿真表明该协同轨迹规划方法对各项扰动具有较强的鲁棒性.

无人飞行器自主决策与规划技术综述

面向未来高动态、强对抗、强拒止的作战环境,智能化水平成为制约无人飞行器执行任务能力、环境适应能力和作战效能提升的主要因素。围绕无人飞行器自主决策与规划技术这一难度高、发展快、前景广的研究方向,综述了自主决策与规划技术的主要研究成果以及未来发展方向:首先,结合无人飞行器的发展研究历程与现状,指出了开展自主决策与规划技术研究的必要性;其次,对当前自主决策与规划技术的研究成果进行了总结与分析;最后,对无人飞行器自主决策与规划技术的发展方向进行了展望。