飞行器航迹规划中的规划区域建模方法

针对网格法用于规划区域建模的不足,提出了一种新的规划区域建模方法-多航迹区链接图法.该方法在对规划区域进行建模的过程中充分考虑飞行器的特性、飞行环境和使用特点,结合规划区域中障碍物的属性、形状和分布情况构造出航迹点的候选区域,从而得到规划空间的多路径区连接图的建模描述,基于这种建模描述使用优化算法来规划飞行器的较优或"可行"航迹.仿真结果表明,该算法有效的利用了背景知识,计算快,耗时少,搜索效率高,对于有效地解决战场环境下飞行器的航迹规划有工程实用价值.     

飞行器航迹规划算法综述

首先给出了飞行器航迹规划的概念和问题描述对航迹规划算法中的轨迹优化、路径规划和基于类比的航迹规划进行了分类介绍，其次对多飞行器编队航迹规划的两种控制方式进行了简单说明．最后指出了航迹规划中需要进一步研究的问题。     

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。     

一种基于改进A*算法的三维航迹规划方法

采用了一种改进的网格A*算法进行了飞行器的三维航迹规划。将启发函数中的直线距离替换为折距,对其进行了改进。改进后的启发函数有效地减少了规划过程中扩展的节点数,从而减少了搜索时间,并且扩展节点时,只选择满足飞行器的飞行性能约束的邻点,减小了搜索空间。仿真结果表明,应用该规划方法,飞行器能够进行在线实时三维航迹规划。     

基于威胁网的飞行器航迹快速搜索算法

提出了一种基于威胁网的飞行器航迹快速搜索算法。该方法能够在具有未知威胁的飞行环境中在线进行实时航迹规划。首先根据获得的先验信息建立威胁网．其次在建立的威胁网上确定出一条安全走廊，最后在安全走廊的基础上进一步细化从而得到一条最优航迹。当飞行环境中有预先未知威胁出现时．该方法可根据更新后的信息局部修正受影响的航迹来获得新的全局最优航迹。仿真结果表明，该算法能够有效地进行实时规划，获得较满意的航迹。     

飞行器任务规划技术综述

任务规划是各类飞行器尤其是军用飞行器成功遂行任务的有效支撑和重要保证。首先,介绍了飞行器任务规划的基本概念;其次,系统地分析和梳理了任务规划技术的体系结构,从研究方法及对象的角度,将其归纳为面向多飞行器任务分配及协同的行动规划、面向飞行器战术动作实施方法设计的战术动作规划和面向飞行路径生成的航线/轨迹规划3个层次;随后,阐述了国内外飞行器任务规划各层次的研究现状,在问题建模与求解上所形成的代表性方法及其特点,以及飞行器任务规划在军事领域的应用现状;最后,论述了飞行器任务规划的关键技术及发展趋势。     

军用飞行器航迹规划综述

介绍了军用飞行器航迹规划的基本概念，航迹规划与任务规划的关系，国内外研究现状，存在的问题，论述了航迹规划的基本要求，如导航要求，突防要求，飞行器性能要求及战略和战术要求，最后分析了航迹规划需要解决的威胁建模，航迹规划算法和轨迹跟踪控制等关键技术。     

基于遗传算法的被动式滚转控制系统设计

根据随机规划理论，建立了小尺寸，细长旋转体再入飞行器被动式滚转控制系统的机会约束规划模型，并运用基于随机模拟的遗传算法来求解，给出了能够确保飞行器在不确定再入环境下具有鲁棒可行性的弹道倾角γE和质心系数x↑cg的最优设计值，通过工程实例计算表明，在选用适当的运行参数情况下，本文所提供的方法能够比较有效地为再入飞行器的设计服务。     

滑翔飞行器弹道规划与制导方法综述综述

滑翔飞行器以其突出的机动突防能力、高精度打击以及全球快速可达等优势成为当下航空航天领域研究热点。作为控制飞行器可靠执行既定飞行任务的核心部分,弹道规划与制导方法是关注的焦点。概述当前滑翔飞行器弹道规划与制导方法,尤其是基于标准剖面和基于预测校正思想的弹道规划与制导方法的研究现状。进一步,分析当下滑翔飞行器弹道规划与制导方法的研究热点与难点,并结合人工智能,对滑翔飞行器弹道规划与制导方法未来可能的发展趋势进行了展望。     

基于凸优化的再入轨迹三维剖面规划方法

可重复使用飞行器一般采用大升阻比气动外形，再入轨迹三维剖面规划方法可充分发挥这类飞行器固有的机动能力。计算量大是制约三维剖面规划应用的难题，为提高计算效率，提出了一种基于凸优化的再入轨迹三维剖面规划方法。首先，分析运动方程特性，利用定义新的控制变量、约束松弛、连续线性化等技术，将原始非凸的三维剖面规划问题转化为一个凸优化问题。其次，将指令反解步骤嵌入至序列凸化算法中，通过迭代求解凸优化子问题，获得原问题的可行解。数值仿真结果表明所提方法具有较高的求解精度和确定的收敛性质，飞行器的机动能力得到充分发挥；与伪谱法的结果对比表明凸优化方法在轨迹规划问题上具有更高的求解效率。     

地形景象匹配辅助导航可视化仿真研究及软件实现

为了直观有效验证地形景象匹配算法和演示地形辅助导航的过程,设计了地形景象辅助导航可视化仿真软件系统.利用Visual C 和OpenGL的功能实现了对导航数据和飞行过程的动态二维可视化曲线显示,对匹配区域中的实测图和参考图进行动态显示,能够直观地分析匹配结果的正确性;并在此基础上着重对地形景象匹配辅助导航过程实现了可视化仿真显示,能形象直观地演示地形景象辅助导航的过程及其性能.通过多次试验表明,该软件能很好地演示地形景象辅助导航系统的全过程及其性能,具有很好的实际应用价值.     

基于3D Zernike矩的巡检器与空间站的相对导航算法

针对航天器相对导航问题,以空间站表面为"特殊地形",提出一种基于大型航天器表面巡检的相对导航算法。首先,运用巡检飞行器上的TOF （Time of Flight）相机测量空间站表面局部点云数据,以该点云数据为实时图,以空间站表面先验点云数据为基准图。然后,利用3D Zernike矩与三维地形间的一一对应关系,将三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。在此基础上求解实时图与匹配上的基准图间的相对位置、相对姿态,从而确定两航天器间的相对导航参数,并通过实验分析了匹配精度及速度的主要影响因素。最后,将该相对导航参数与惯性系统推算的相对导航参数在扩展卡尔曼滤波器的框架下实现信息融合,估计了巡检飞行器与空间站间的相对位置、相对姿态,实验结果表明,相对位置精度优于0.002 m,相对姿态精度优于0.1°。     

Adaptations of a comparison technique for terrain navigation

This paper deals with a terrain navigation technique based on the comparison of terrain height measurements with a reference map. The comparison can be either based on minimum absolute differences, minimum square differences or on cross correlations. This paper will give an introduction to these methods and state some important adaptations. The first adaptation increases the independence of the terrain navigation system by calculating the position hypothesis only based on previous position measurements and the strap-down velocity. The second adaptation uses a detailed search to increase the performance and the reliability of the terrain navigation system. Both adaptations are important steps to a higher integrity of modular terrain navigation systems.     

Horizon Profile Checkpoints for Low-Altitude Aircraft

A technique for utilizing on-board sensed horizon profiles and computer stored reference horizon profiles to provide navigation checkpoints for low-altitude aircraft is described. The technique has been analyzed using digitized terrain data and computer simulations to select the best method of horizon profile comparison, to determine horizon data density requirements, and to provide performance comparisons, system error limitations, and tradeoffs. Results of these analyses are shown to support feasibility conclusions and system parameter tradeoffs.     

地形辅助制导系统

本文叙述一种地形辅助制导系统,用来修正惯性系统或其它导航系统的误差,以提高飞行器的制导精度。这种辅助系统含有一个卡尔曼滤波器,它将飞行器所飞过的实际地形信息与预存的地图进行比较和处理,从而估计出导航系统的误差。对于一般的丘陵地形,辅助制导后的精度可达到数十米的范围。它适用于飞机、巡航导弹、弹道导弹和其它武器运载系统,而且所需的设备简单,易于实现。     

一种改进的地形轮廓预测匹配辅助导航算法

传统的地形轮廓匹配 (TERCOM )辅助导航系统 ,由于其实时性差 ,已不能满足飞行器超低空高速的导航需要。本文引入预测控制的思想 ,提出了一种基于高度特征的地形轮廓预测匹配方法 ,减少了计算量 ,提高了导航系统的实时性和机动性。     

AUV的图优化海底地形同步定位与建图方法

海底地形辅助导航技术可为智能水下机器人(AUV)的长时间水下作业提供有界精确导航结果,且无需声学基阵辅助。然而,地形辅助导航需要已知高精度先验海图,这大大限制了其应用范围。为解决海底地形未知条件下的海底地形辅助导航问题,提出了海底地形同步定位与建图技术。利用水深预测手段和地形匹配方法进行帧间数据关联构建和闭环检测,并通过图优化技术进行海底地形同步定位与建图问题求解。仿真试验结果显示,在航行1h后,海底地形同步定位与建图系统的建图结果中所有测深点定位误差均值约为13m。     

基于TERCOM-ICP联合算法的水下地形匹配方法研究

水下地形辅助导航一直是应用于AUV的热点和前沿问题，有助于修正惯导随时间积累的定位误差，以实现精确的导航定位。对经典地形匹配方法TERCOM算法进行了简单的介绍，引入点云配准领域的ICP算法，针对多波束测深系统可以获取地形剖面的特点，提出了一种TERCOM-ICP联合匹配算法。首先使用TERCOM算法粗匹配，将粗匹配后的大致位置作为指示输入ICP算法中进行精匹配，通过仿真实验对TERCOM算法的匹配结果和ICP算法的匹配时间作对比分析。仿真结果表明：TERCOM-ICP算法可以有效提高水下地形匹配精度，经过仿真实验测试，平均匹配误差可以达到20 m以内，所用时间在160 s以内，验证了该算法应用在水下地形匹配领域的可行性，更好地满足了水下辅助导航的要求。     

Autonomous airborne navigation in unknown terrain environments

We address the issue of autonomous navigation, that is, the ability for a navigation system to provide information about the states of a vehicle without the need for a priori infrastructure such as GPS, beacons, or a map. The algorithm is known as simultaneous localisation and mapping (SLAM) and it is a terrain aided navigation system (TANS) which has the capability for online map building, and simultaneously utilising the generated map to bound the errors in the navigation solution. Since the algorithm does not require any a priori terrain information or initial knowledge of the vehicle location, it presents a powerful navigation augmentation system or more importantly, it can be implemented as an independent navigation system. Results are first provided using computer simulation which analyses the effect of the spatial density of landmarks as well as the quality of observation and inertial navigation data, and then finally the real time implementation of the algorithm on an unmanned aerial vehicle (UAV).     

Prototype personal navigation system

Honeywell Laboratories recently funded the development of a prototype personal navigation system based on MEMS technologies. The system components include a MEMS inertial measurement unit, a three-axis magnetometer, a barometric pressure sensor, and a SAASM GPS receiver. The system also uses Honeywell's human motion-based pedometry algorithm. The navigation process is based on a strap-down inertial navigator aided by feedback from a Kalman filter using typical measurements from the GPS, magnetometer and barometer when available. A key innovation is the addition of an independent measurement of distance traveled based on the use of a human motion algorithm. The navigation system combines the best features of dead reckoning and inertial navigation, resulting in positioning performance exceeding that achieved with either method alone. Subsequent to the Honeywell effort, DARPA funded an individual Personal Inertial Navigation System (iPINS) seedling program. Honeywell worked to improve the baseline personal navigation system with the objective of demonstrating the feasibility of reliably achieving navigation accuracy < 1 % of distance traveled in GPS-denied scenarios. In addition, an analysis was conducted to determine the benefit of incorporating terrain correlation into the personal navigation system. The results of this analysis indicate that overall navigation accuracy can be significantly improved through the application of terrain correlation. This presents an are presented. In addition, conclusions from the terrain correlation analysis conducted under the iPINS seedling program are included.