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航迹规划是实现飞行器自动导航的一项关键技术,它是随着信息技术和航空技术的不断发展而发展起来的一门跨学科的课题研究。由于飞行器的飞行环境异常复杂,约束条件众多,航迹规划的时间较长,很多情况下不满足任务的实时性要求,因此如何快速为飞行器规划出一条可行航迹成为研究热点。
目前用于航迹规划的方法有很多,其中稀疏A*搜索算法(Sparse A* Search,SAS)由于是一种比较快速的航迹规划方法而被广泛使用,但SAS算法采用固定步长扩展并且基于平面直角坐标系,而飞行器真实的飞行环境是地球表面,应该是球面坐标。
在稀疏A*搜索算法的基础上,本文提出了一种基于变步长的可行优先快速航迹规划方法,能够利用障碍物或威胁的分布信息对步长自动进行调整,优先采用较大步长进行扩展,在遇到障碍物或威胁时自动调整步长。实现了快速判断球面上两条弧线是否相交的方法,为规划算法能够在球面坐标下实现奠定了基础;对匹配区的处理提出了创建建立一个临时OPEN表和一个临时CLOSED表的思想,不仅保证了扩展的连续性,而且在向该匹配区扩展失败时,也能以较大的步长回退,而不是逐步回退,从而加快了整体航迹规划速度。实验结果表明:虽然采用本文算法规划出的航迹不一定是最优的,但其具有保持飞行姿态,加快规划速度,减少航迹节点数目的优点,在飞行器的航迹规划中该算法是可行的。
对航迹平滑方法进行研究,阐述了最短时间转弯航迹平滑处理算法。最后对该平滑方法进了仿真实验,通过对比平滑前后的航迹,验证了本文航迹规划算法和平滑处理算法的有效性和可行性。