[发明专利]一种基于路径点优选的飞行器禁飞区规避轨迹规划方法

权利要求书

1.一种基于路径点优选的飞行器禁飞区规避轨迹规划方法，其特征在于：其具体步骤如下：

步骤一、路径点优选方案设计；

基于各禁飞区的相对位置设计虚拟路径点，建立有向图模型，遍历飞行器可行的绕飞路径，对每条路径进行路径点跟踪制导，并仿真得到路径评价指标，将指标最优的路径作为路径点优选的方案；

步骤二、横纵向飞行剖面设计；

根据飞行器所需经过的路径点序列，分割滑翔轨迹，分段设计飞行剖面，在每段中将纵向运动与横向运动解耦处理，对于纵向剖面，设计阻力加速度-速度剖面，得到待飞航程解析式，根据每段轨迹的航程需求求解剖面参数，对于横向飞行剖面，根据飞行器的横程预估，计算倾侧角反转点位置，从而经过路径点；

步骤三、设计剖面跟踪控制律与制导逻辑；

合理分配分段点速度值，使得每段纵向剖面参数相同，采用前馈加反馈的策略在线跟踪阻力加速度-速度剖面，给定攻角剖面，将倾侧角作为主控制量，通过倾侧角幅值跟踪纵向飞行剖面，符号控制横程；

在步骤一中所述的路径点优选方案设计，其具体作法如下：

首先，基于各禁飞区的相对位置设计虚拟路径点，对每个禁飞区分别建立上、下两个节点，作为路径的决策点及拐点，反映是从禁飞区上方还是下方绕过；

其次，建立有向图模型，选择能串行依次绕过的禁飞区放入一个列表中，所有可能的串行线形成一个多维列表；连接起点与每一个串行线中禁飞区上下的节点，相邻两禁飞区上下的节点、目标点之间的连线，形成所有的有向边，删除重复边后完成有向图建模；

然后，使用图搜索方法对从起点到终点的所有路径进行遍历，得到飞行器可行的所有绕飞路径；

然后，对每条路径进行路径点跟踪制导，基于飞行器的运动模型规划现有路径；

最后，根据各路径指标排序则能得到性能指标最好的一条路径，该路径所对应的路径点序列即路径点优选方案；

在步骤二中所述的横纵向飞行剖面设计，其具体作法如下：

首先，根据路径点序列，分割滑翔轨迹，分段设计飞行剖面；在再入无动力滑翔飞行中，飞行器横纵向飞行能量非线性较强，需合理分配横纵向飞行能力，每段飞行轨迹横程变化范围小，方便对纵向运动和横向运动进行解耦处理，减小解析公式推导过程中的动力学简化带来的模型误差；

然后，设计阻力加速度-速度剖面，基于小量假设，将纵向运动与横向运动解耦处理，推导待飞航程解析式，根据每段轨迹的航程需求求解剖面参数，以满足航程和速度、高度诸终端约束以及热流率、过载、动压诸过程的约束；

然后，基于纵向航程预估设计的剖面，推导飞行器横程预估的解析表达式，对于每段轨迹，设计一个倾侧角反转点，使得飞行器能够经过路径点，避开禁飞区；

在步骤三中所述的设计剖面跟踪控制律与制导逻辑，其具体作法如下：首先，根据路径点个数将轨迹分为几段，给定初始分段点速度分配值，根据航程预估解析公式确定阻力加速度剖面，更新速度分配值使得每段剖面参数相同，避免剖面变化大导致控制量长时间饱和；

然后，采用倾侧角和攻角两个控制量，倾侧角为主控制量，攻角采用标称剖面；攻角剖面的设计考虑任务横向机动能力需求，飞行器气动加热环境及飞行姿态的稳定与控制因素；采用小攻角变化率的飞行策略能够最大程度减小飞行器流场变化，进而减小飞行器上气动加热分布情况的变化；

通过对倾侧角的控制完成纵程与横程的控制；倾侧角的幅值用来控制飞行器的航程，采用“前馈+反馈”的控制策略完成整个再入过程时变轨迹的跟踪控制，前馈用来跟踪参考阻力加速度剖面，反馈用来稳定跟踪误差；倾侧角符号用来控制飞行器相对目标点的航向误差，通过反转倾侧角来减小横向与视线偏角的误差；

最后，以速度到达终端速度作为停机条件，则得到最终的剩余航程，依据剩余航程偏差情况反向调整纵向初始高度和攻角剖面，直到满足要求为止。