低空突防实时航迹规划计算机方案设计研究

地形跟踪/地形回避、威胁回避(TF/TA2)实时航迹规划计算机是综合TF/TA2低空突防系统的控制核心.系统按照由它产生的最优航迹产生制导指令,并控制飞行器按此最优航迹完成突防任务.本文提出了一种实时航迹规划计算机的设计方案.该方案采用由共享存储器耦合的三个智能模块(即智能总线接口、航迹规划处理机和数据处理机)并行运行的结构,以提高系统的运行速度,满足低空突防对航迹规划计算机的实时性要求.其中,航迹规划处理机和数据处理机的双机互备份降级运行方式提高了系统的可靠性.此外,以闪存为存储介质的内存数据库使系统检索和读取机载数据的速度大大提高,且闪存的非易失性保证了机载数据的可靠性.     

地形跟随航迹规划

运用综合航迹平滑算法对地形跟随航迹进行规划,规划的航迹满足飞机机动能力和安全高度限制要求,并分析了飞行速度、飞机机动能力及飞行姿态对规划航迹的影响。     

一种基于Hopfield神经网络的TF／TA航迹规划算法

提出一种基于Hopfield神经网络的无人机地形跟随(TF)/地形回避(TA)迹规划方法.该方法将地研信息反映到算法参数连接权中,利用扩展的Hopfield模型结合无人机约束实现航迹安全、合理的规划.仿真实验证明该方法能获得满意的TF/TA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。     

基于数字地形的机场终端区离场航迹预测

高效准确的航迹预测能够掌握飞机的运行轨迹,是空管自动化与智能化领域的关键要素,旨在提高空中交通的运行能力和可预测性。针对高原机场终端区内离场航空器运行,通过挖掘大量历史数据的特征关系,提出基于长短时记忆(Long Short-Term Memory, LSTM)神经网络的航迹预测模型。此外,考虑高原机场复杂的地形环境使得离场航空器安全运行条件更为严苛,引入支持向量回归(Support Vector Regression, SVR)算法建立数字地形模型,得到离场航迹上经纬度所对应地形高度的剖面图。采用拉萨贡嘎国际机场的真实离场航迹与地形数据进行实例验证,结合地形条件对所预测离场航迹的安全性进行评估。实验结果表明：基于LSTM神经网络建立的离场航迹预测模型具有较高的精度,且离场航空器能够实现满足最小超障余度的安全运行。     

基于地形特征的简易地形模拟算法

通过对地形特征进行分析,阐述了地形特征与航迹规划性能指标之间的关系,在一系列基础地形模型的基础上,建立了基于地形特征的组合模拟算法,并根据实际的地形信息进行了地形模拟,实现了对样例地形轮廓的重现,可满足在无数字地图区域计算安全走廊和参考轨迹的需要。     

地形跟踪/地形回避飞行器航迹优化

提出了一种新的地形跟踪／地形回避（ＴＦ／ＴＡ）飞行器透迹优化方法,该方法将地形、威胁和障碍综合在一起用特定的地形模型来描述,并通过将地形模型与飞行器运动方程有机结合,使有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题,最后利用极大值原理给出了航迹优化算法,算法生成的航透既能以给定的高度跟踪地形又能自动回避危险和障碍物。     

雷达威胁环境下的无人机三维航迹规划

提出了一种雷达威胁环境下应用A*算法进行低空突防三维航迹规划的方法。首先对地形高程数据进行综合平滑处理,建立满足无人机机动性能要求的安全飞行曲面,并结合雷达威胁量化模型,计算出地形遮蔽雷达盲区的范围,最后在满足地形遮蔽雷达盲区的安全飞行曲面上运用A*算法规划出三维飞行航迹。仿真结果显示,该算法能简单、快速地获得三维最优航迹,易于工程实现。     

三次样条最佳地形跟随系统的研究

 本文用线性规划法取代二次规划法以实现三次样条最佳航迹的计算,简化了约束条件,且能在原有飞行自动控制系统基础上设计航迹自动跟踪系统,从而大大地减少计算工作量,使得原来无法实现的Funk及Kelly等人的三次样条最佳地形跟随方案十分接近于实时实现条件。混合仿真结果表明。6370m长的最佳航迹可于14.6 s内算完,而飞机飞过这段航迹要用20 s,且这种算法可以保证飞过高度变化范围达1000 m的地形,地形跟随系统的实际高度与参考值的误差不超过10 m,最大法向过载在0～3 g之闻,满足了当前地形跟随系统的基本技术要求。     

一种采用新型抑制函数的地形跟随控制技术

提出了一种采用新型抑制函数的地形跟随控制技术,并以某电传操纵飞机为例,设计了航迹倾角(γ)控制律,同时通过地形跟随六自由度仿真计算,比较了不同抑制函数对地形跟随性能的影响。仿真结果表明,采用该新型抑制函数后,飞机的地形跟随飞行性能得到了大大提高。     

总能量控制原理在地形跟随飞行控制中的应用

应用总能量控制原理设计了控制飞行高度的地形跟随飞行控制系统,并通过引入飞行高度和飞行速度的偏差控制,基本消除了总能量控制系统存在的稳态误差;引入俯仰角和俯仰角速率反馈回路以增加阻尼,消除俯仰角振荡,最后对该系统进行了解耦性能和地形跟随仿真。结果表明,用总能量原理设计的地形跟随飞行控制系统体现了飞机升降舵和油门杆一体化设计的思想,可实现飞行速度/航迹角的解耦控制,对给定地形可达到良好的跟随效果。     

一种通用航迹起始模型

在研究现有航迹起始方法的基础上,在机载脉冲多普勒雷达环境下,从工程实现背景出发重点研究航迹起始模型,提出了一种适应于各类航迹起始的通用航迹起始模型。其主要思想是在归纳现有普通航迹起始模型的基础上,在模型中增加了一级中间航迹,并对整个航迹起始过程进行了分阶段处理,在不同的处理阶段采用不同的航迹起始方法和门限。使得整个航迹起始过程物理概念更明确,层次更清晰,门限设置更合理,文件管理更方便,改善了现有普通航迹起始模型存在的航迹起始分裂和丢失问题。蒙特卡罗模拟结果表明：通用模型增加了设计的灵活性,规范了航迹起始设计方法,提高了航迹起始正确概率。     

基于遗传算法的凸多边形区域航迹规划

提出了基于遗传算法的凸多边形区域航迹规划方法,针对飞行器转弯角和边界限制的航迹约束条件,改进了航迹编码方式,采用了基于方向编码的回溯方法生成航迹;同时改进了遗传算法的交叉算子和变异算子。仿真结果表明,该方法能快速有效地完成飞行器航迹规划任务,获得符合适应度要求的优化航迹。     

不同参数对地形等值线匹配算法精度影响的评估分析

影响地形辅助导航匹配算法性能的因素很多,而目前基于信噪比的分析方法不能全面准确地评估匹配精度受各种参数的影响情况。本文以等值线(ICCP)算法为研究对象:首先,通过理论分析指出目前基于信噪比的分析方法的局限性和算法灵敏度受航向的影响情况;然后,通过仿真分别研究高度测量精度、惯导(INS)航迹精度、初始位置误差、航向误差、采样设置等因素对匹配精度的影响,并进一步从地图独特性、高度测量误差和INS航迹误差3个方面综合分析了各类误差和具体的误差参数对匹配性能的综合影响;最后,从算法的匹配精度和实时性等角度总结了各种参数的影响情况,为ICCP算法的工程应用提供理论基础。     

一种改进的快速扩展随机树航迹规划算法

针对现有航迹规划算法缺乏同时具备快速性和最优性的问题,本文提出了一种新的无人机航迹规划算法,在快速扩展随机树算法基础上,引入一个方向参数,并采用Dijkstra算法对改进算法产生的冗余节点进行处理,得到了一条优化的航迹。最后采用K航迹法进行航迹平滑处理,使得规划的航迹成为无人机的可飞航路。仿真结果表明,该算法能够在有效提高航迹产生速度的同时,可以得到近似最优的航迹。     

基于B样条的直升机航迹处理方法

为满足航迹规划中最优航迹的要求,需要对参考航迹进行处理.提出了一种基于B样条曲线的直升机航迹后处理方法,方法以改进蚁群算法生成的参考航迹为基础,利用B样条曲线自身连续性、局部性、曲率变化均匀等特性,并根据直升机低空飞行的过载、最大飞行速度等限制条件,对参考航迹的航迹点进行修正和插值.B样条曲线也有利于对航迹进行局部重规划,可以满足出现意外情况时航迹修改和调整的要求.对B样条处理后的航迹采用广义预测方法(GPC)进行跟踪控制,并与线性插值处理得到的航迹进行比较,从航迹控制的角度验证了该后处理方法可以提高跟踪控制的性能和操纵品质.     

战斗机航迹可飞性过载检验算法

生成满足战斗机过载约束条件的三维航迹以及对航迹进行可飞性过载检验是战斗机航迹规划的重要内容。利用B样条曲线拟合战斗机航迹并计算航迹曲率,给出了航迹可飞性过载判断准则以及相应的保证措施,即降低速度与调整导航点。通过对某型战斗机按拟合航迹飞行的需用过载进行仿真并对航迹可飞性进行过载约束检验,有效地验证了调整导航点位置的两条可用原则:防撞优先与规避优先。该算法对于实现战斗机三维航迹规划生成以及航迹可飞性过载检验具有一定的实用价值。     

基于航迹分割的航空器噪声预测模型

根据航空器的航迹来预测其影响区域的噪声情况,基于航迹的几何特性,将航迹分成直线段航迹和曲线段航迹两个基本航迹元素;确定了直线段和曲线段的各自影响范围之后,分别计算各航迹段对它们影响区域的噪声值贡献情况;统计了各个航迹段对监测点的噪声影响之后,综合得出整个航迹段对监测点的噪声影响,从而建立了航空器航迹噪声预测的模型。将该模型计算的结果分别和软件模拟数据、实际监测数据进行对比分析,发现该模型在航迹段内对监测点噪声均值的预测较为准确,监测点噪声峰值预测结果更接近实测数据。     

基于傅里叶变换的航迹对准关联算法

研究了在组网雷达存在系统误差情况下的目标航迹关联问题,理论分析了雷达系统误差对目标航迹的影响,并将该影响表示为目标航迹的旋转和平移量。在此基础上,提出了一种基于傅里叶变换的系统误差配准前航迹对准关联算法,该算法将组网雷达的航迹数据看做为一种整体信息,采用傅里叶变换理论来估计和补偿组网雷达目标航迹数据到融合中心航迹数据的相对旋转量和平移量,将雷达网中雷达上报的目标航迹数据对准到融合中心,从而不依赖于估计雷达网系统误差,实现了误差配准前的航迹准确关联,能够为后端的系统误差配准提供可靠的关联目标航迹数据。     

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。