结合跳点引导的无人机随机搜索避撞决策方法

针对无人机在城市空域环境和密集交通流下的避撞决策问题，提出马尔科夫决策过程（MDP）和蒙特卡洛树搜索（MCTS）算法对该问题进行建模求解。蒙特卡洛树搜索算法在求解过程中为保证实时性而使其搜索深度受限，容易陷入局部最优，导致在含有静态障碍的场景中无法实现避撞的同时保证全局航迹最优。因此结合跳点搜索算法在全局规划上的优势，建立离散路径点引导无人机并改进奖励函数来权衡飞行路线，在进行动态避撞的同时实现对静态障碍的全局避撞。经过多个实验场景仿真，其结果表明改进后的算法均能在不同场景中获得更好的性能表现。特别是在凹形限飞区空域仿真模型中，改进后的算法相对于原始的蒙特卡洛树搜索算法，其冲突概率降低了36%并且飞行时间缩短47.8%。     

三角网格面自动铺丝定角度路径规划算法

研究三角网格曲面上的路径规划问题,以局部测地线为补充,提出了改进的定角度初始路径规划算法。该算法避免了传统参数化求解过程的无解和多解情况,尤其适用于曲率变化较大的复杂曲面和拼接曲面。采用等距覆盖算法来获得均匀的满铺路径,并分别提出基于路径样条线末端延伸和芯模曲面整体延拓的两种边界处理思路,以解决偏移路径无法到达曲面边界的问题。以某机翼模型为算例对上述算法进行验证,利用计算机辅助三维交互应用(Computer aided three-dimensional interactive application,CATIA)的逆向工程模块实现了完整的算法可视化,建立了三维建模软件与路径规划算法的系统关系。验证表明本文提出的算法可靠、系统、适应性强,具有工程应用价值。     

Distributed intelligent self-organized mission planning of multi-UAV for dynamic targets cooperative search-attack

This article studies the cooperative search-attack mission problem with dynamic targets and threats, and presents a Distributed Intelligent Self-Organized Mission Planning (DISOMP) algorithm for multiple Unmanned Aerial Vehicles (multi-UAV). The DISOMP algorithm can be divided into four modules: a search module designed based on the distributed Ant Colony Optimization (ACO) algorithm, an attack module designed based on the Parallel Approach (PA) scheme, a threat avoidance module designed based on the Dubins Curve (DC) and a communication module designed for information exchange among the multi-UAV system and the dynamic environment. A series of simulations of multi-UAV searching and attacking the moving targets are carried out, in which the search-attack mission completeness, execution efficiency and system suitability of the DISOMP algorithm are analyzed. The simulation results exhibit that the DISOMP algorithm based on online distributed down-top strategy is characterized by good flexibility, scalability and adaptability, in the dynamic targets searching and attacking problem.     

高度-速度剖面内再入轨迹快速规划

提出一种升力式再入航天器进入稠密大气后的轨迹规划方法。在预先设定攻角剖面的前提下，利用路径约束(驻点热流、动压和过载)在高度-速度(H-V)剖面内直接获得轨迹下边界；利用终端约束确定以轨迹下边界为基准的高度增量，进而通过下边界与高度增量的加和形成满足要求的再入轨迹。其中，增量的形式选取为分段二次型函数，其大小可通过割线法快速获得。倾斜角大小可根据纵向动力学方程反解得到，其方向依据航向误差角走廊确定。通过对典型工况的仿真，结果表明所提方法能够快速规划出再入轨迹，且适应性好。     

从城市规划与发展角度对军民合用机场的反思——以济宁曲阜机场为例

以济宁曲阜机场为例,结合菏泽机场规划,说明了济宁曲阜机场存在机场位置与旅游景区位置发生偏离、对济宁城市空间扩展引导不足、限制菏泽机场规划、影响济宁综合交通枢纽建设以及机场容量无法满足旅客量增长等问题,这些问题具有一定的普遍意义,希望能促进规划和决策者对军民合用这一机场建设方式采取更为谨慎的态度.     

危险天气下航班等待与改航的实时集成优化

为了提高航班准点率,降低危险天气对航班飞行的影响,同时考虑等待策略和改航策略,进行实时空中交通流量管理的研究。以改航起始点至改航结束点间的总航行时长最短为目标,安全可行性、技术可行性为约束,建立了数学模型,并设计了两阶段求解算法,先基于遗传算法优化等待时长和改航路径,再基于"化曲为直"和"二分法"的思想调整改航路径,得到了最佳等待时长和改航路径。仿真结果表明,该算法得到的实时优化结果优于几何切线法;相比静态改航,更能提高空域利用率;相比单独考虑等待策略,总航行时长降低了17.04%;相比单独考虑改航策略,总航行时长降低了3.98%;验证了危险天气下航班等待时长与改航路径实时集成优化在实时空中交通流量管理中的有效性。     

空间冗余机械臂零反作用最优路径规划

自由漂浮空间机械臂运动通过力传递会对其载体航天器产生反作用力和力矩,从而影响基座和末端执行器的位置与方向。利用冗余机械臂的反作用零空间,求解对基座航天器姿态零干扰的机械臂运动规律的解析解。给定机械臂初始和终端状态,考虑最大关节角约束和最大关节角加速度约束,分别针对时间最优和沿整个运动路径关节加速度最小的问题,采用高斯伪谱法,在零反作用轨迹解集中寻找满足约束方程的最优解。所得最优解使得机械臂在达到期望构型的同时不影响基座姿态。将算法用于平面3自由度冗余机械臂系统中,仿真结果表明:算法在保证基座姿态稳定的同时,关节运动满足给定的约束条件,从而验证了算法的有效性。     

单推力航天器交会对接轨迹规划及跟踪控制

针对单推力航天器交会对接问题，提出一种轨迹规划及跟踪算法。首先，考虑到追踪航天器只沿本体X轴安装推力器，且推力方向固定，为了实现从起始位置转移至期望位置并满足姿态要求，基于三维螺旋线设计两阶段转移轨迹，根据初末位置以及末端速度方向要求，求解螺旋线参数。该螺旋线可以保证在初末速度方向固定情况下，曲率积分最小。其次，为了降低轨迹跟踪难度并减小初始时刻的位置跟踪控制力，需要将转移轨迹初始速度与追踪星X轴重合。传统螺旋线无法满足该约束条件。本文对传统螺旋线进行改进，提出一种旋转螺旋线轨迹设计方法。通过引入姿态旋转矩阵，将螺旋线在三维空间旋转，在不改变曲线形状的前提下满足初末位置及速度方向要求。然后，为了跟踪转移轨迹以及跟踪期望推力方向，提出基于CLF（Control Lyapunov Function）的滑模控制策略，当追踪星X轴与期望推力方向夹角较大时，采用CLF，保证最优性；当姿态误差收敛至滑模面附近时，切换为滑模控制，以提升系统鲁棒性。最后，通过仿真验证旋转螺旋线相比于传统螺旋线的优势。     

A multi-aircraft conflict detection and resolution method for 4-dimensional trajectory-based operation

Conflict Detection and Resolution(CDR) is the key to ensure aviation safety based on Trajectory Prediction(TP). Uncertainties that affect aircraft motions cause difficulty in an accurate prediction of the trajectory, especially in the context of four-dimensional(4D) Trajectory-Based Operation(4DTBO), which brings the uncertainty of pilot intent. This study draws on the idea of time geography, and turns the research focus of CDR from TP to an analysis of the aircraft reachable space constrained by 4D waypoint constraints. The concepts of space–time reachability of aircraft and space–time potential conflict space are proposed. A novel pre-CDR scheme for multiple aircraft is established. A key advantage of the scheme is that the uncertainty of pilot intent is accounted for via a Space-Time Prism(STP) for aircraft. Conflict detection is performed by verifying whether the STPs of aircraft intersect or not, and conflict resolution is performed by planning a conflict-free space–time trajectory avoiding intersection. Numerical examples are presented to validate the efficiency of the proposed scheme.     

基于避障伪距离的自由漂浮空间机器人规划跟踪一体化控制

针对自由漂浮空间机器人(Free Floating Space Robot,FFSR)的避障规划与控制问题，提出一种FFSR的避障规划-跟踪一体化控制方法。首先，基于障碍物伪距离技术，采用FFSR逆几何模型求解期望末端位姿下的连杆伪距离估计值，进而通过求解非线性优化问题，获得FFSR避障期望轨迹。其次，将全局轨迹规划与局部在线避障相结合，辅以离散状态黎卡提方程（DSDRE）控制方法实现FFSR的避障规划-跟踪一体化控制。最后，采用6R空间机器人模型验证了所提方法的有效性。仿真结果表明，该方法能够实现FFSR的避障控制，有效克服了传统FFSR控制中末端轨迹规划与控制相分离的问题，提高了FFSR的环境适应性。