[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

说明书

本发明提供一种基于路径点优选的飞行器禁飞区规避轨迹规划方法，其具体步骤如下：步骤一、路径点优选方案设计；步骤二、横纵向飞行剖面设计；步骤三、设计剖面跟踪控制律与制导逻辑。通过以上步骤，可同时实现高超声速飞行器的路径点选择和轨迹规划，将上层任务的选择和下层的规划执行一体化处理，减少了飞行剖面的迭代，提高了轨迹规划的效率和全局性能，达到了较好的自主性和普适性；本发明所述方法科学，工艺性好，具有广阔推广应用价值。

技术领域

本发明提供一种基于路径点优选的飞行器禁飞区规避轨迹规划方法，属于航空航天技术中的轨迹规划领域。

背景技术

随着战术武器的发展，高超声速飞行器能力增强，具有飞行速度快、机动突防能力强、全球快速响应等特点，可适应不同的战场任务，已成为各国军事上关注的焦点。在再入滑翔段，飞行器需长时间在大气层内飞行，必须满足复杂的约束条件，禁飞区规避任务属于一种路径约束，如果禁飞区数量多且分布复杂，轨迹规划的路径约束就越多，轨迹规划的难度就越大。

由于多禁飞区的存在，会存在多条飞行路线，为减少轨迹规划时飞行剖面的迭代，需首先进行路线的选择和路径点优选。现今对于高超声速飞行器上层选择问题研究匮乏，而对于禁飞区轨迹规划主要集中在离线求取最优解，这些数值方法在存在多个禁飞区时会陷入局部最优解，需要一个比较好的初始猜想。其他的禁飞区规避制导方法需要基于标称轨迹，而标称轨迹的选择对于多禁飞区的场景也是一大难题。因此，路径点优选对于复杂禁飞区规避场景的轨迹规划至关重要，为了提升轨迹规划的效率，需要基于通用自主的路径点优选方法并根据路径点选取信息进行轨迹规划。

综上所述，本发明基于一种飞行器绕多禁飞区路径点优选方法，为轨迹规划提供路径点信息，并根据路径点信息进行飞行剖面的设计和轨迹规划，将上层决策信息和下层规划有机的结合起来。该方法具有一定独创性。

发明内容

(一)本发明的目的

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于路径点优选的飞行器禁飞区规避轨迹规划方法，旨在将路径的选择和轨迹规划紧密结合，将上层任务路径点的选择介入下层的轨迹规划，以减少飞行剖面的迭代，使得规划的轨迹具有较好的全局性能，方法具有自主性和通用性。

(二)技术方案

本发明提供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；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，作为路径的决策点或拐点，反映是从禁飞区上方还是下方绕过；

其次，建立有向图模型，选择可以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可以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；

步骤二、横纵向飞行剖面设计；