突发威胁下的无人机航迹规划算法

针对无人机在执行任务过程中遭遇突发威胁的实时航迹规划问题,提出了一种基于动态规划的无人机实时航迹规划算法。采用切线法将问题转化为多阶段决策问题,通过动态规划法求出了问题的最优解,并通过航迹切换策略对生成的航迹进行了平滑处理。通过MATLAB进行了仿真验证,结果表明,该方法生成的航迹平滑、可飞,实现了无人机对突发威胁的合理规避,且满足无人机的机动性能及动力学限制,可直接应用于工程实践。     

基于改进人工蜂群算法的无人机实时航迹规划

为了适应现代战争战场环境的复杂性,针对所建立的突发威胁模型,提出了一种基于改进人工蜂群算法的无人机航迹规划方法,对无人机进行动态航迹寻优,并通过MATLAB进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的方法能够根据实时出现的威胁状况进行动态航迹规划、评价和选优,同时满足实时性要求。     

基于滚动窗的元胞自动机实时航迹规划方法研究

为满足载机实时航迹规划中威胁环境不确定性和规划算法实时性的要求,基于预测控制滚动优化的思想和元胞自动机理论,提出一种适合载机实时航迹规划的算法一滚动窗元胞自动机实时航迹规划方法.仿真结果表明,该方法能够在预先未知威胁的飞行环境中有效规划出动态航迹.     

基于数字地图预处理的低空突防航迹规划

为保证飞行器能够实现所规划的航迹,研究了将地形及飞行器性能等信息融合构造虚拟地形表面的数字地图预处理方法,包括数据插值具体步骤和地形平滑处理方法。通过设计综合地形跟随、地形回避、威胁回避(TF/TA2)的目标函数,对最小威胁曲面进行转化,提高了实时航迹规划的速度,采用微分进化(DE)优化算法,实现了三维TF/TA2最优实时航迹规划。仿真结果表明,此地图预处理和实时航迹规划算法是有效可行的。     

飞行器多任务在线实时航迹规划

 针对不确定环境中的飞行器多任务航迹规划问题展开研究,提出了一种基于飞行路线图的两阶段航迹规划框架,航迹规划分成学习和查询两个阶段,环境信息和飞行器约束条件分阶段体现。在该框架下,通过采用一种混合多任务动态航迹规划方法,分别在稀疏路线图上实时搜索初始航迹和在精细路线图上启发式搜索后备航迹,能够在具有预先未知威胁、可变飞行任务的战场环境中实时生成三维航迹。     

Voronoi图在航迹规划中的应用

航迹规划对军用飞行器完成任务具有重要的意义。Voronoi图由于其特有的简易性,近几年来逐步应用到航迹规划中。给出利用Voronoi图进行航迹规划的方法,针对实际的战场环境以及传统Voronoi图的不足,利用改进后的Voronoi图进行航迹规划。传统的Voronoi图难以满足实际的需要,当威胁体的等级并不相同以及突发威胁体的情形下,必须进行Voronoi图的重构以及航迹的重规划,因此在威胁体的威胁等级不同的情况下介绍了如何重新构造Voronoi图的方法,指出了突发威胁体的情况如何确定该威胁体的等级。最后给出了利用Voronoi图进行航迹规划以及重规划仿真结果,验证了Voronoi图在航迹规划中的可行性。     

基于混合粒子群优化算法的多弹协同航迹规划

为解决多弹协同低空突防航迹规划问题,提出了一种可在动态环境中进行离线和在线协同规划的混合粒子群优化算法.采用分解策略将多弹协同航迹规划总体结构分为两层:航迹规划层与协同规划层.分别针对单目标和多目标进行了多弹离线和在线仿真验证,结果表明该算法可针对突发威胁实时规划出多条三维航迹,并满足时间协同要求.     

基于遗传模拟退火算法的无人机航迹规划

航迹规划技术是无人机任务规划系统中重要的核心技术之一,无人机飞行空间广阔,需要一种快速搜索最佳路径的方法.首先在飞行区域中建立数字地图模型和防空威胁区模型,在满足无人机飞行约束条件的情况下,为无人机航迹规划提供一种遗传模拟退火算法,充分利用模拟退化算法的概率突跳特性和遗传算法强大的快速搜索能力.仿真结果表明,使用该算法无人机能够自动避开模拟数字地图的威胁区,搜索出一条安全有效航迹,并保证航线的完整性和最优性.     

基于分步规划的三维航迹规划技术

突发威胁和对运动目标攻击是当前航迹规划过程中遇到的现实问题。针对稀疏A*算法的特点,研究提出一种基于分步规划的三维航迹规划理论,并给出了具体的实现方法,对解决当前航迹实时规划问题,具有一定指导意义。     

基于SAS算法的起飞一发失效应急路径规划方法

为解决起飞一发失效应急程序（EOSID）手动设计的不足,提出一种基于SRTM数据的稀疏A*搜索（SAS）算法的EOSID路径规划方法。首先采用航天飞机雷达地形测绘使命（SRTM）的网格地形数据,结合起飞一发失效相关规章,考虑爬升梯度与保护区限制确定可行搜索空间;然后基于可行搜索空间运用稀疏A*搜索算法搜索应急离场路径,在传统A*算法寻找扩展节点时加入起飞性能约束条件,同时利用地形高程数据进行地形和威胁回避,生成一条三维应急离场航迹;最后利用三次样条曲线对规划的应急离场航迹进行平滑处理。实验结果表明该方法能自动搜索出有效的EOSID三维航迹。     

基于“虚拟范围”的多机器人围捕算法

 讨论了基于SQL Server数据库的栅格地图建立方法。介绍了一种建立在势场法和栅格地图上的室外多机器人路径规划方法，分析了在已知地图中应用势场法进行路径规划时的路径死点和规划失败问题，并给出了解决方法。以势场栅格法为基础探讨了多机器人协作围捕动态目标的策略。在围捕算法中，根据室外机器人工作环境的特点，提出了“虚拟范围”的概念，以减少动态规划次数，提高围捕速度。介绍了机器人以“虚拟范围”为基准，在各种状态之间的转换机制。利用基于无线局域网的室外多机器人系统进行了试验，试验表明引入“虚拟范围”之后能有效缩短围捕时间，并且存在最短时“虚拟范围”。
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基于改进人工势场法的服务机器人路径规划

人工势场法是服务机器人路径规划算法中一种简单有效的方法.针对传统人工势场法存在的目标不可达问题,通过在原来的斥力函数中加入一个调节因子的方法解决,同时采用遍历搜索法解决局部极小值问题,并引入安全距离以及改进调节因子以提高机器人路径规划过程中的安全性能.最后,利用Matlab软件将改进后的人工势场法应用于服务机器人路径规划并进行了仿真实验.仿真结果表明,基于改进人工势场法的服务机器人路径规划有效地解决了机器人不能到达目标点的问题.     

基于改进A^*算法的无人机快速轨迹规划方法

针对旋翼无人机在三维障碍物环境中自主飞行时路径搜索速度慢、轨迹生成通常忽略无人机动力学特性的问题,发展一种基于改进A^*算法并同时考虑无人机动力学特性和运动学性能的快速轨迹规划方法。首先,在三维障碍物环境中运用改进A^*算法通过剔除部分网格节点降低A^*算法的节点计算量,提升算法的路径搜索速度;其次,以最小化飞行轨迹的四阶导数作为目标函数,以路径点处的位置、速度、加速度等各阶导数作为约束条件优化飞行轨迹;最后,在三维障碍物环境中对比A^*算法改进前后的路径搜索结果,并对优化的飞行轨迹进行仿真飞行测试。结果表明:改进A^*算法大幅降低了A^*算法的节点计算量,显著提升了路径搜索速度;且无人机能够始终以较小位置误差沿优化轨迹光滑连续飞行。     

Trajectory optimization of multiple quad-rotor UAVs in collaborative assembling task

A hierarchic optimization strategy based on the offline path planning process and online trajectory planning process is presented to solve the trajectory optimization problem of multiple quad-rotor unmanned aerial vehicles in the collaborative assembling task. Firstly, the path planning process is solved by a novel parallel intelligent optimization algorithm, the central force optimization-genetic algorithm (CFO-GA), which combines the central force optimization (CFO) algorithm with the genetic algorithm (GA). Because of the immaturity of the CFO, the convergence analysis of the CFO is completed by the stability theory of the linear time-variant discrete-time sys-tems. The results show that the parallel CFO-GA algorithm converges faster than the parallel CFO and the central force optimization-sequential quadratic programming (CFO-SQP) algorithm. Then, the trajectory planning problem is established based on the path planning results. In order to limit the range of the attitude angle and guarantee the flight stability, the optimized object is changed from the ordinary six-degree-of-freedom rigid-body dynamic model to the dynamic model with an inner-loop attitude controller. The results show that the trajectory planning process can be solved by the mature SQP algorithm easily. Finally, the discussion and analysis of the real-time per-formance of the hierarchic optimization strategy are presented around the group number of the waypoints and the equal interval time.     

基于导向强化Q学习的无人机路径规划

随着无人机的广泛应用,其飞行能耗和计算能力面临着瓶颈问题,因此无人机路径规划研究越来越重要。很多情况下,无人机并不能提前获得目标点的确切位置和环境信息,往往无法规划出一条有效的飞行路径。针对这一问题,提出了基于导向强化Q学习的无人机路径规划方法,该方法利用接收信号强度定义回报值,并通过Q学习算法不断优化路径;提出"导向强化"的原则,加快了学习算法的收敛速度。仿真结果表明,该方法能够实现无人机的自主导航和快速路径规划,与传统算法相比,大大减少了迭代次数,能够获得更短的规划路径。     

基于计划到达时刻的四维航迹规划

为了加速空管自动化与智能化技术的应用与实施,提出了水平航迹与高度/速度剖面分阶段设计的四维航迹规划方法。基于动态时间规整与层次聚类方法实现历史雷达航迹聚类分析,完成水平航迹设计。建立速度剖面规划模型,通过航迹生成器与速度调整器交互协作,精细化控制进场时间,以满足计划到达时间要求。以上海浦东国际机场PINOT进场航班为例实施验证,结果表明,四维航迹规划方法可有效实现航班的计划到达时间,从而减少航班延误,提高终端空域运行效率。     

基于罚函数序列凸规划的多无人机轨迹规划

多无人机（UAVs）轨迹规划是具有非线性运动约束和非凸路径约束的最优控制问题。引入序列凸规划思想,将非凸最优控制问题近似为一系列凸优化子问题,并利用成熟的凸优化算法进行求解,以更好地权衡最优性和时效性。首先,建立了多无人机协同轨迹规划的非凸最优控制模型。然后,利用离散化和凸近似方法将其转换为凸优化问题,包括对无人机运动模型的线性化,以及对威胁规避约束和无人机碰撞约束的凸化。同时,提出了一种离散点间的威胁规避方法,保证无人机在离散轨迹点间的飞行安全。在凸优化模型的基础上,给出了基于罚函数序列凸规划求解多无人机轨迹规划的具体框架。最后,通过数值仿真验证了方法的有效性,结果表明该方法在多机轨迹规划结果的最优性和时效性都要优于伪谱法,而且优势随编队数量的增加而增大。     

混合动力复合翼应急迫降在线航迹规划与制导

针对混合动力复合翼飞行器巡航模式下空中停车后无动力应急迫降（VTOL）问题，提出在线航迹规划与制导方法。根据复合翼空中停车时初始位置/航向不确定散布，发展一套满足动力学约束、终端约束的三维航迹在线规划方法：利用几何规划方法快速生成扩展Dubins二维航迹，再根据下滑性能约束进行三维扩展。针对低速无动力下滑航迹跟踪更易受风干扰以及三维航线分段连接处曲率不连续的特性，发展一种基于非线性模型预测控制的三维制导算法。将纵横解耦的制导律嵌入到预测模型框架内，跟踪误差、外界风扰动、航迹曲率不连续等非线性因素则通过系统输出建立目标约束，其后利用滚动优化实时求解制导指令。最后对航迹在线规划方法与三维制导律的适用性进行仿真分析与验证，结果表明所提出的航迹规划方法适用于不确定初始位置/航向散布的应急迫降在线规划，所提的制导算法具备抵抗风扰、提高三维制导精度的能力。     

High-fidelity trajectory optimization for aeroassisted vehicles using variable order pseudospectral method

In this study, the problem of time-optimal reconnaissance trajectory design for the aeroassisted vehicle is considered. Different from most works reported previously, we explore the feasibility of applying a high-order aeroassisted vehicle dynamic model to plan the optimal flight trajectory such that the gap between the simulated model and the real system can be narrowed. A highly-constrained optimal control model containing six-degree-of-freedom vehicle dynamics is established. To solve the formulated high-order trajectory planning model, a pipelined optimization strategy is illustrated. This approach is based on the variable order Radau pseudospectral method, indicating that the mesh grid used for discretizing the continuous system experiences several adaption iterations. Utilization of such a strategy can potentially smooth the flight trajectory and improve the algorithm convergence ability. Numerical simulations are reported to demonstrate some key features of the optimized flight trajectory. A number of comparative studies are also provided to verify the effectiveness of the applied method as well as the high-order trajectory planning model.     

A newly bio-inspired path planning algorithm for autonomous obstacle avoidance of UAV

In this paper, a bio-inspired path planning algorithm in 3D space is proposed. The algorithm imitates the basic mechanisms of plant growth, including phototropism, negative geotropism and branching. The algorithm proposed in this paper solves the dynamic obstacle avoidance path planning problem of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in the case of unknown environment maps. Compared with other path planning algorithms, the algorithm has the advantages of fast path planning speed and fewer route points, and can achieve the effect of low delay real-time path planning. The feasibility of the algorithm is verified in the Gazebo simulator based on the Robot Operating System (ROS) platform. Finally, an actual UAV autonomous obstacle avoidance path planning experimental platform is built, and a UAV obstacle avoidance path planning flight test is carried out based on this actual environment.