多飞行器协同航迹规划算法研究

【摘要】：航迹规划是一项实现无人飞行器自动导航的关键技术。在现代战争中,作战环境日益复杂,各种防空系统的性能日益提高,要实施对作战目标的有效打击,依靠一架飞行器单独执行并成功完成任务的概率越来越小。一方面,单架飞行器的攻击力有限;另一方面,单架飞行器被摧毁会造成整个任务的失败。所以,通过多个飞行器协同攻击目标是未来无人飞行器作战的必然选择。 目前,国内外对单航迹规划的研究已经比较成熟,多航迹协同规划方面的研究则相对较少。现有的航迹规划方法有基于路径搜索的方法、基于进化计算的方法,以及数学优化方法,等等。这些方法在实际应用中存在着组合爆炸或算法收敛时间不确定的问题。 由于飞行器种类众多,不同类型的飞行器,其机动性能和任务需求有着很大的区别,对飞行航迹的要求不同,所以本文将主要针对巡航导弹这一类型的飞行器的多航迹协同规划算法进行研究。 本文首先对多航迹规划问题进行建模,分别从规划空间、航迹表示、约束条件和航迹代价四个方面进行了研究。 其次,研究了多目标分配的方法,设计了一种通过建立攻击评估矩阵将目标分配问题转化成最小权二分匹配问题的方法。然后,研究了三维环境下使用稀疏A*算法进行单航迹规划的方法,设计了基于航迹长度和威胁值大小的航迹代价计算函数,并在不同的地形环境下分别进行了实验仿真。 最后,为解决多航迹规划中的避撞与协同问题,提出一种三维环境下的多航迹协同规划方法。该方法设计了一种规划框架,分别在航迹搜索前与搜索过程中考虑多航迹的协同问题。在航迹搜索过程中,不但结合单条航迹原有的约束条件,同时还进行了航迹间的碰撞检测,并且通过航迹的协同违背量等因素来进行启发式搜索。实验结果表明,该方法可以有效处理各类约束条件,简化启发因子,从而获得更好的规划性能。