基于动态扇区的空域与飞行流量两阶段协同规划模型及算法

针对管制扇区动态规划与飞行流量时空调配的耦合问题,考虑运行容量、效率等目标,建立了两阶段协同规划模型及求解框架。第一阶段根据自然航路点和流量分布,结合Voronoi图与图论模型构建有限元加权图拓扑抽象,以均衡管制负荷和减少协调移交负荷为目标,基于遗传算法适应性生成扇区结构;第二阶段综合等待和改航策略,以缓解区域总延误和该区域造成的区域外延误为目标,同时兼顾均摊延误和减少延误架次,在区域内容量约束和其他区域对该区域的流控约束下,基于NSGAII进行流量时空优化。按照优先级顺序实施策略流程,为缓解空中交通拥堵探索综合施策框架。仿真结果表明,所提出的模型算法可为提升空管运行品质提供辅助决策支持。     

多无人机协同航路规划研究

提出了一种基于路径均衡蚁群优化的航路规划方法.首先,针对环境的复杂性和多机航行的碰撞威胁,引入阻塞因子以解决无人机之间的空间协同问题;其次,利用可变协同航程同步各无人机的航行时间,解决无人机之间的时间协同问题;最后,在满足时空协同要求的前提下,为无人机编队选择总体航行代价最小的优化航路.仿真实验结果验证了复杂环境下所提方法的可行性和有效性.     

基于“TUBE”理论的交叉航路设计研究

针对当前航路网络日趋复杂,航路交叉点越来越多,出现飞行冲突的几率大大增加的问题,提出基于“TUBE”理论的交叉航路设计方法,该设计方法将航路中的航空器抽象为一种流体,当航空器进入航路时采用汇流的方法,离开航路时采用分流的方法,使航空器在飞越航路交叉点时不存在互相穿越的飞行情况,并基于该理论进行了建模计算,计算结果表明该...     

多无人机协同编队飞行控制研究现状及发展

无人机在军事和民用应用上越来越广泛,为使无人机能够更好地发挥作用,需要采用多无人机编队飞行控制来实现协同侦察、作战、防御及喷洒农药等任务.多无人机协同编队控制技术主要包括信息感知技术、数据融合技术、任务分配技术、航迹规划技术、编队控制技术、通信组网技术和虚拟/实物验证实验平台技术等.首先对国内外多无人机编队相关技术的现状和进展进行综述,然后重点对多无人机编队控制方法进行分析,并对队形设计、队形调整和队形重构等问题进行归纳总结,最后对多无人机协同编队所面临的机遇和挑战进行了展望.结果表明:目前多无人机编队飞行理论方面取得了丰硕成果,但是实物飞行试验仅能实现简单通信环境下的协同编队飞行,任务分配和航迹规划实时性不高,控制方法应对突发情况鲁棒性低,多机多传感器协同感知能力不足,欠缺对实体的仿真实现,未来的研究方向应是突破上述关键技术的不足,开展复杂感知约束和复杂通信环境下的多无人机协同编队飞行研究,提出更加有效的控制方法,并进行多无人机实物编队飞行试验,使无人机能够更好地完成既定任务.     

未知环境中无人机实时航路规划的模糊控制

指出了未知环境下无人机实时航路规划与航路规划的关系;提出了模糊控制用于实时航路规划的算法.根据模糊控制和航路规划原理,构造了模糊控制规则库;将传感器实时探测的信息送给模糊控制器进行处理,得到水平偏转角控制量,使无人机规避障碍同时飞向目标点.用MATLAB进行仿真验证,仿真结果证明了算法的有效性.     

一种结合匹配区选择和障碍物探测的水下路径规划方法

水下动态航路规划不仅需要考虑适配区的选择,还需要进行实时目标探测和有效避障,这样才能保证潜器的导航安全。文中提出一种同时考虑适配区选择和目标探测的水下航路规划方法,在重力梯度特征空间中基于支持向量机进行适配区的选择,利用重力梯度反演进行目标探测。该方法使潜器既能在适配区航行时进行有效定位,又能避免触碰暗礁和运动潜器等障碍物。仿真分析证明此方法有效。     

多UCAV协同打击多目标实时三维航迹规划

为提高无人作战飞机(Unmanned combat aerial vehicle, UCAV)协同实时航迹规划的实时性和可操作性,针对多架UCAV协同执行对地作战任务过程中的协同实时航迹规划问题,提出一种基于自学习策略和Lévy飞行的正弦余弦优化算法(Sine cosine optimization algorithm with self-learning strategy and Lévy flight, SCASL)的多UCAV协同打击多目标实时三维航迹规划方法.首先,构建三维任务空间模型并根据UCAV平台性能设计了飞行速度、飞行高度、相对距离以及威胁规避等约束条件;其次,基于UCAV的三自由度运动学和动力学质点模型设计了协同实时航迹规划的决策变量;最后,根据UCAV作战使用战术原则构建了目标函数将协同实时航迹规划问题转化为优化问题,采用所提出的自学习策略和Lévy飞行的正弦余弦优化算法对模型进行求解,并采用病毒搜索算法(Virus colony search, VCS)求解模型作为对比实验.仿真结果表明,同等条件下,VCS求解模型得到的仿真结果满足协同性要求但不满足实时性要求,SCASL求解模型得到的仿真结果满足实时性与协同性要求,验证了本文所提出的基于SCASL的多UCAV协同实时航迹规划方法的有效性与优越性.     

一种飞行器在线航路重规划方法

针对飞行器在线航路重规划的安全性和实时性要求,将稀疏A＊算法与模型预测控制中的滚动时域优化的思想相结合,提出了一种在线航路重规划方法.在飞行器探测到新的威胁时,把探测到威胁时的该段航路前面一定距离的节点作为新的起始点,并以没有进入威胁区的后续最近航路点作为目标点,使用稀疏A＊算法规划出一段长为N倍于最小步长R的航路,而后飞行器沿上述规划好的航路只飞行R距离.仿真结果表明：该方法通过每规划N步,执行一步,对受到威胁影响的参考航路进行局部修改,快速避开新出现的威胁,满足实时性要求.     

无人机的侦察航路规划

针对无人机(UAV)侦察任务的两个目标：(1)发现尽可能多的目标；(2)获得对所有目标尽可能多的有效侦察时间，提出了一种优化方法，包括航路规划和航路光顺两部分。首先由基于遗传算法(GA)的航路规划器根据选定的任务目标制定出优化航路，然后由航路光顺器对优化航路进行光顺以形成可供无人机飞行的航路。最后给出了仿真结果，初步表明该方法可以有效地提高无人机的侦察任务效率。     

大型水陆两栖飞机海上最优搜索航路规划算法

针对大型水陆两栖飞机的飞行特性和远海搜索救援能力不足的问题,研究设计了海上最优搜索航路规划算法,使其能够在最短时间内完成规定海域的搜索。针对大型水陆两栖飞机的特性参数,结合漏搜率和复搜率的要求指标,将原搜索航路规划问题转化为格点的离散规划问题。本文最优搜索航路规划算法在动态规划的基础上引入回溯路径指标,能够满足复搜率的要求。数值仿真分析结果表明:相对于传统的搜索路径方法,采用本文算法求得的最优航路方案具有更好的性能指标。     

一种TAEM段结合迭代校正的轨迹快速生成算法

重复使用运载器(RLV)到达末端能量管理段(TAEM)接口处时,其位置、航迹倾角等初始状态存在大范围摄动的情况,为了使其在此情况下顺利进入自动着陆窗口,提出了一种结合迭代校正法的轨迹快速生成算法.首先根据高度与速度约束生成参考动压-高度剖面,通过跟踪此剖面实现纵向制导;通过跟踪由3个参数定义的轨迹地面投影实现侧向制导,纵向制导和侧向制导可以保证RLV的速度、航迹倾角、航迹偏角、侧向位置满足末端约束.提出的迭代校正算法可以快速确定航向校准柱的位置与最终半径这两个参数用以调整航程,从而保证末端所有状态均满足自动着陆段接口处的边界约束.仿真结果表明:该算法可以根据RLV具体的初始状态,自动选择直接或者间接进场策略,并快速生成可行的参考轨迹,轨迹生成时间4~12 s.该算法使用的数值方法非常成熟与稳定,易于工程实现;与航天飞机的策略相比,该算法不依赖离线计算并存储的若干参考轨迹,可根据当时的状态自主生成新的参考轨迹.仿真结果验证了算法的快速性、鲁棒性与实用性.     

顾前脉冲非线性关联系统的模约束弦稳定性

为给自动化公路系统车辆编队控制器设计提供理论基础,本文研究一类具有脉冲干扰的无限维顾前非线性关联系统的模约束弦稳定性。模约束弦稳定性不仅可以保证系统状态的稳态稳定性,同时也给出了系统状态在趋于稳态过程中系统各状态变量的模之间的大小关系。本文在假设各孤立子系统稳定的前提下,基于矢量Lyapunov函数方法并结合数学归纳法,给出确保该系统模约束稳定的充分条件;利用数值算例验证所得结论的正确性和可行性。       

多无人机协同四维航迹规划的改进的Tau-H策略

为了在满足多类约束条件的前提下进行多无人机（UAVs）协同飞行的航迹规划及优化,提出改进的Tau-H运动策略.在常用的Tau-H运动策略基础上,通过在运动间距表达式中引入初速度的相关项,克服了固有的仅能考虑始末速度为零的情况的缺陷,可以实现无人机始末非静止的到达时间和速度的四维运动匹配.利用粒子群算法（PSO）搜索各无人机的初始耦合系数,形成全局航迹预规划;建立各无人机间的通信拓扑,采用采样间隔与冲突判断双驱动的滚动优化方法,求解局部再规划问题,实现航迹不断更新.通过对算例的仿真表明,基于改进的Tau-H策略得到的航迹可飞性好,安全性高,能够满足连续型多无人机航迹规划及优化的应用需求.     

一种招投标机制的多星自主协同任务规划方法

针对多星自主协同遥感背景下非预期任务的快速响应问题,考虑到星上计算资源有限、计算能力较弱等特点,为寻找一种满足星上自主任务规划能力需求的优化算法,提升遥感卫星星群在非预期情况下的快速响应能力,通过多星自主协同规划问题建模、算法设计和仿真分析等模型及算法研究,提出了一种基于招投标机制的自主任务规划方法.该方法首先针对多星自主协同任务规划问题,构建了星上自主任务规划的数学模型,进而在问题求解过程中将一次完整的任务规划合理分解为招标、投标和评标3个过程,并详细设计了求解流程及相应的约束检验规则,由此得到基于招投标机制的多星自主协同任务规划求解算法.该方法与常用智能优化方法相比,能够显著降低计算量,更加适应星上紧张的计算资源约束.通过仿真算例结果表明,针对典型的非预期任务,算法平均仿真运行时间约为1 s,能够在40 s内完成对非预期任务的响应,并且充分保证了原规划任务的完成率,基于此验证了该方法的有效性与正确性.     

忆阻FitzHugh-Nagumo神经元电路有限时间同步

主要研究了降维忆阻FitzHugh-Nagumo系统的非线性动力学行为以及有限时间内的多稳态同步. 首先建立系统精确降维模型,展开降维忆阻系统随不同初始状态变化的动力学行为分析. 利用分岔图和Lyapunov指数谱等分析方法,研究发现调整系统初始状态,系统呈现出多稳态现象. 通过滑动模态控制方法实现两个忆阻FitzHugh-Nagumo神经元电路有限时间内的多稳态同步. 最后,通过同步数值仿真证明了控制方法的正确性和有效性.     

基于拟平衡滑翔的数值预测再入轨迹规划算法

针对高超声速飞行器三维约束再入轨迹规划问题,提出一种基于拟平衡滑翔条件的数值预测再入轨迹规划方法.该方法在以倾侧角为控制量的基础上,增加对攻角的控制作用,能够充分利用再入飞行过程中的拟平衡滑翔条件.根据飞行路径角剖面和攻角剖面分别对再入航程和终端速度进行数值预测;借助拟平衡滑翔条件计算能够保持平衡滑翔飞行的倾侧角,同时将飞行过程约束转化为对倾侧角的约束;以CAV-H再入飞行器为例进行仿真分析.仿真结果表明,该数值预测轨迹规划算法不仅能够使CAV-H的再入轨迹具备平滑弹道的优良特性,而且对目标点的改变具有很强的适应性.     

3D-Route Planning Method to Realize Missile Cruise Flight

In order to increase the aircraft's survival in the flight mission, it is necessary to carry out flight mission planning, which includes TF/TA2(terrain following/terrain avoidance/threat avoidance). An approach to 3D-route planning based on A heuristic search algorithm was selected to determine the routes of fiber optic guidance missile's cruise segment. The cost function was discussed, which was mainly related to the physical obstacle, threat exposure, and aircraft performance characteristics. The digital map techniques were presented, which included setting “no-go” area according to fiber's safety requirement. The optimal or the sub-optimal route was obtained, while the cost function constraints were satisfied and the stored terrain obtained from a real terrain was digitized. The algorithm is validated through simulation and can fulfill the route planning task which focuses on the cruise segment of fiber optic guidance missile.     

时变发射概率影响下模态受限线性跳变系统非同步控制

针对一类模态受限的线性跳变系统,研究基于时变发射概率方法的非同步控制问题。首先,考虑外界环境因素导致实际系统产生参数、结构变化的现象,引入semi-Markov跳变系统模型描述此类线性跳变系统的状态变化。考虑系统的模态受限现象,使用隐semi-Markov转移概率模型与时变发射概率模型分别描述系统的模态变化以及系统与控制器之间的模态关系。然后,构造非同步静态输出反馈控制器以保障系统的稳定运行。此外,基于Lyapunov稳定性理论与线性矩阵不等式方法,给出闭环线性跳变系统的随机稳定性条件以及控制器存在条件。与传统的基于时不变发射概率的非同步控制方法相比,本文所提的非同步静态输出反馈控制策略能够极大地降低保守性。最后,通过数值仿真算例验证所提非同步静态输出反馈控制器的有效性与正确性。