复杂战场环境下低可观测飞行器航迹规划方法研究
|
摘要
航迹规划技术是现代低空突防系统中的关键技术之一,它充分利用地形遮蔽和雷达盲区对敌方进行突然打击,提高了飞行器攻击的安全性、精确性和多样性。为此本文研究了复杂战场环境下的低可观测飞行器的航迹规划方法。
本文在深入分析该课题前阶段研究工作的基础上,深入研究了A~*算法,改进了节点扩展方式,以找到最优航迹。文中分析了不同的威胁模型,包括地形突现威胁、机载雷达威胁、电磁干扰威胁,为代价函数参数的设定提供了依据。此外,为满足飞行器机动状态下的飞行要求,对数字地形进行插值预处理、地形平滑以及航迹平滑。
本文还研究了在数据链通信情况下的基于A~*算法的针对地面突现威胁、移动机载雷达的航迹规划方法。
文中编程实现了算法,并做了基于VC与MATLAB混合编程的针对各种不同任务的航迹规划仿真实验,仿真结果证明了上述航迹规划方法的有效性。
最后对全文进行了总结,并对需要进一步研究的问题和方向提出了看法。
The route planning is the key technique for the aircrafts to achieve low altitude penetration flight. It adequately uses the defilade of terrain and blind area of radar. Depending on this technique, survival ability, accuracy and diversity of aerial assault have been greatly improved. Therefore, the research is made on the route planning method of low observable aircraft under the complex condition.
On the basic of the work of pre-period, the A~* algorithm is deeply studied, and the method of expanding nodes is improved to find the best route.
The thesis analyzes terrain threat which appears suddenly, moving radar threat, electromagnetism interference, etc, and all these have provided foundation for the cost function parameter.
Because of the limits of the aircraft's capability, the thesis makes a research on the pretreatment and smoothness of digital terrain, and smoothness of the route.
The A~*-based route planning methods with terrain threat which appears suddenly, moving radar threat are studied on the condition of data link communication.
The route planning simulation program is developed based on mixed program of VC and MATLAB. The simulation experiment is conducted on various tasks and the results prove the effectiveness of the route planning method.
In the final part, a conclusion about route planning method is made and suggestions for further research are given.
本文在深入分析该课题前阶段研究工作的基础上,深入研究了A~*算法,改进了节点扩展方式,以找到最优航迹。文中分析了不同的威胁模型,包括地形突现威胁、机载雷达威胁、电磁干扰威胁,为代价函数参数的设定提供了依据。此外,为满足飞行器机动状态下的飞行要求,对数字地形进行插值预处理、地形平滑以及航迹平滑。
本文还研究了在数据链通信情况下的基于A~*算法的针对地面突现威胁、移动机载雷达的航迹规划方法。
文中编程实现了算法,并做了基于VC与MATLAB混合编程的针对各种不同任务的航迹规划仿真实验,仿真结果证明了上述航迹规划方法的有效性。
最后对全文进行了总结,并对需要进一步研究的问题和方向提出了看法。
The route planning is the key technique for the aircrafts to achieve low altitude penetration flight. It adequately uses the defilade of terrain and blind area of radar. Depending on this technique, survival ability, accuracy and diversity of aerial assault have been greatly improved. Therefore, the research is made on the route planning method of low observable aircraft under the complex condition.
On the basic of the work of pre-period, the A~* algorithm is deeply studied, and the method of expanding nodes is improved to find the best route.
The thesis analyzes terrain threat which appears suddenly, moving radar threat, electromagnetism interference, etc, and all these have provided foundation for the cost function parameter.
Because of the limits of the aircraft's capability, the thesis makes a research on the pretreatment and smoothness of digital terrain, and smoothness of the route.
The A~*-based route planning methods with terrain threat which appears suddenly, moving radar threat are studied on the condition of data link communication.
The route planning simulation program is developed based on mixed program of VC and MATLAB. The simulation experiment is conducted on various tasks and the results prove the effectiveness of the route planning method.
In the final part, a conclusion about route planning method is made and suggestions for further research are given.
引文
[1]沈成林.开放式飞行任务规划系统[J].宇航学报.1998,19(2):13-18
[2]Millar Robert.J.An Artificial Intelligence Based Framework For Planning Air Launched Cruise Missile Missions.AFIT/GCS/ENG84D-17.1984.
[3]Jeffery.A Path Planning Problem and Solutions.Proc.oflEEE 1994.NAECON:105-108.
[4]闵昌万,袁建平.军用飞行器航迹规划综述[J].飞行力学.1998,16(4):14-19.
[5]Halpern M.E.Application of the A* Algorithm to Aircraft Trajectory Generation.AD-A268728.1993
[6]陈志全.巡航导弹航迹规划综述[J].宇航学报.战术导弹技术.1994(3):29-32
[7]李祥.综合TF/TA最优航迹规划算法的研究(D).西安.西北工业大学.2003.
[8]韩志刚,林争辉,李林森,孙隆和.低空突防路径规划方法综述[J].飞行力学.2002,20(3):1-4.
[9]杨帆.轨迹规划及仿真技术研究(D).西安.西北工业大学.1999.
[10]李春华.飞行器三维航迹规划算法研究(D).武汉.华中科技大学图像所.2003.
[11]Braybrook Roy.Penetrating the Impenetrable[J].Armada International,1997(6):10-17.
[12]Gogdman Jr.From A Distance[J].Sea Power,1997(7):41-44.
[13]Nash Trevor.Standoff and Deliver[J].Armada International.1996(4):48-56.
[14]Klotz.Harold A.GPS-Aided Navigation and Unaided Navigation on the Joint Direct Attack Munitions[J].Position,Location,and Navigation.1998:412-419.
[15]王瑛译.GPS与导航战[J].导航与雷达动态.1998(6):1-9.
[16]胡志忠,沈春林.基于数字地图预处理的实时航迹规划[J].南京航空航天大学学报.2002,34(4):382-385.
[17]巴海涛.无人机航迹规划研究(D).西安.西北工业大学.2006.
[18]Sabi J Asseo.Terrain following/terrain avoidance path optimization using the method of steepest descent[A].NAECON[C].1988.
[19]Derek B Chamberlain.Charles R Kirklen.Advancedmission planning system employing terrain and intelligence database support[A].NAECON[C].1988.
[20]Willoughby J K.Richard T Macmillan.Peter D.etal.Optimization approaches to route planning for cruise missile[R].A79-50061.1979.
[21]Denton R V,Mitchell J S.Demonstration of an innovative technique for terrain following/terrain avoidance--the dynapath algorithm[A].NAECON[C].1985.
[22]Waller M C.Rigopoulos J G,Blackman D R.etal.Considerations in the application of dynamic programming to optimal aircraft trajectory generation[A].NAECON[C].1990.
[23]闵昌万.飞行器航迹规划与轨迹控制研究[D].西安.西北工业大学.1999.
[24]袁卫东,李清,王建平等.一种新的综合TF/TA最优航迹算法[J].南京航空航天大学学报.1996,28(4):481-486.
[25]袁卫东.综合地形跟随与地形回避系统研究[D].南京.南京航空航天大学.1996.
[26]Jardine T J.Shebs S T.Knowledge representation in automated mission planning[R].AIAA-83-2317.1983.
[27]贲可荣,张彦铎.人工智能(M).北京:清华大学出版社.2006.
[28]Richard T Macmillan.Charles E Gerber.Joseph M Sackett.etal.Holden knowledge based route planning[A].NAECON[C].1990.
[29]张海.智能化对地攻击路线规划方法与算法研究[D].西安.西北工业大学.1 998.
[30]孙增圻,张再兴,邓志东.智能控制理论与技术[M].北京:清华大学出版社.1997.
[31]野本弘平.利用神经模糊算法的飞行器航线规则[J].飞航导弹.1996(12):7-12.
[32]常裕庚,恽为民.遗传算法综述[J].控制理论与应用.1996,13(6):697-708.
[33]何强.通过神经网络学习实现机器人路径规划[D].北京.北京理工大学.1996.
[34]Janin G.Gomez Tiemo M A.The genetic algorithms for trajectory optimization[R].E-43936.1990.
[35]Miles B Pellazar.Vehicle route planning with constraints using genetic algorithms[A].NAECON[C].1994.
[36]周明,彭炎午.基于遗传模拟退火算法的机器人路径规划[J].航空学报.1998,19(1):118-120.
[37]曲彦宾.遗传算法及其在机器人路径规划中的应用[D].西安.西北工业大学.1996.
[38]王栋.低空突防航迹规划、航迹控制的工程实现[D].南京.南京航空航天大学.1999.
[39]何佩,金长江,屈香菊.航迹规划中雷达探测空间的生成.飞行力学[J].2001,19(1):78-80.
[40]范晨,王正杰.基于A* 算法的飞行器三维航迹规划研究[J].弹箭与制导学报.2006,26(1):650-656.
[41]李春华,郑昌文,周成平等.一种三维航迹快速搜索方法[J].宇航学报.2002,23(3):13-17.
[42]李清.综合飞行与突防系统研究[D].南京.南京航空航天大学.1998.
[43]赵玲玲.飞行器航迹规划与航迹控制算法研究与实现[D].哈尔滨.哈尔滨工业大学.2006.
[44]兰汉平,丁锋.战术数据链技术现状及发展研究[J].舰船电子工程.2004,24(5):37-39.
[45]王健.数据链在指控系统中的应用研究[J].现代电子工程.2005(2):30-33.
[46]陈赤联,孙从武.数据链作战应用研究[J].导航.2005(4):13-20.
[47]郑昌文,周成平,丁明跃等.一种针对运动目标的飞行器航迹搜索算法[J].宇航学报.2003,24(5):444-450.
[48]史和生,许漪,王耀华.能够重选目标的低空飞行器指挥模型仿真研究[J].弹道学报.2005,12(4).
[49]李水根.分形[M].北京:高等教育版社.2004.
[50]冯玲,王化雨.几种分形图形生成算法的研究和比较[J].电脑知识与技术技术.2007(1):116-118.
[51]胡鹤迪.随机分形引论[M].武汉:武汉大学出版社.1996:25-64.
[52]张志涌等.精通MATLAB6.5版[M].第一版.北京:北京航空航天大学出版社.2003.
[53]孙向春.直升机飞行航迹规划与控制跟踪技术研究[D].北京.北京航空航天大学.2004.
[54]沈春林,徐克虎.低空突防的若干关键技术[J].南京航天航空大学学报.2000,32(3):12-15.
[55]吴义明,齐欢,陈迎春.巡航导弹航迹规划代价函数的优化技术研究[J].战术导弹控制技术.2006(3):65-68.
[56]何佩.低空突防航迹规划方法研究[D].北京.北京航空航天大学.2003.
[57]崔麦会,周建军,陈超.无人机航迹控制及其仿真研究[J].计算机测量与控制.2005,13(5):446-448.
[58]高惠英,关世义.任务规划系统的发展[J].飞航导弹.1997(4):1-18.
[2]Millar Robert.J.An Artificial Intelligence Based Framework For Planning Air Launched Cruise Missile Missions.AFIT/GCS/ENG84D-17.1984.
[3]Jeffery.A Path Planning Problem and Solutions.Proc.oflEEE 1994.NAECON:105-108.
[4]闵昌万,袁建平.军用飞行器航迹规划综述[J].飞行力学.1998,16(4):14-19.
[5]Halpern M.E.Application of the A* Algorithm to Aircraft Trajectory Generation.AD-A268728.1993
[6]陈志全.巡航导弹航迹规划综述[J].宇航学报.战术导弹技术.1994(3):29-32
[7]李祥.综合TF/TA最优航迹规划算法的研究(D).西安.西北工业大学.2003.
[8]韩志刚,林争辉,李林森,孙隆和.低空突防路径规划方法综述[J].飞行力学.2002,20(3):1-4.
[9]杨帆.轨迹规划及仿真技术研究(D).西安.西北工业大学.1999.
[10]李春华.飞行器三维航迹规划算法研究(D).武汉.华中科技大学图像所.2003.
[11]Braybrook Roy.Penetrating the Impenetrable[J].Armada International,1997(6):10-17.
[12]Gogdman Jr.From A Distance[J].Sea Power,1997(7):41-44.
[13]Nash Trevor.Standoff and Deliver[J].Armada International.1996(4):48-56.
[14]Klotz.Harold A.GPS-Aided Navigation and Unaided Navigation on the Joint Direct Attack Munitions[J].Position,Location,and Navigation.1998:412-419.
[15]王瑛译.GPS与导航战[J].导航与雷达动态.1998(6):1-9.
[16]胡志忠,沈春林.基于数字地图预处理的实时航迹规划[J].南京航空航天大学学报.2002,34(4):382-385.
[17]巴海涛.无人机航迹规划研究(D).西安.西北工业大学.2006.
[18]Sabi J Asseo.Terrain following/terrain avoidance path optimization using the method of steepest descent[A].NAECON[C].1988.
[19]Derek B Chamberlain.Charles R Kirklen.Advancedmission planning system employing terrain and intelligence database support[A].NAECON[C].1988.
[20]Willoughby J K.Richard T Macmillan.Peter D.etal.Optimization approaches to route planning for cruise missile[R].A79-50061.1979.
[21]Denton R V,Mitchell J S.Demonstration of an innovative technique for terrain following/terrain avoidance--the dynapath algorithm[A].NAECON[C].1985.
[22]Waller M C.Rigopoulos J G,Blackman D R.etal.Considerations in the application of dynamic programming to optimal aircraft trajectory generation[A].NAECON[C].1990.
[23]闵昌万.飞行器航迹规划与轨迹控制研究[D].西安.西北工业大学.1999.
[24]袁卫东,李清,王建平等.一种新的综合TF/TA最优航迹算法[J].南京航空航天大学学报.1996,28(4):481-486.
[25]袁卫东.综合地形跟随与地形回避系统研究[D].南京.南京航空航天大学.1996.
[26]Jardine T J.Shebs S T.Knowledge representation in automated mission planning[R].AIAA-83-2317.1983.
[27]贲可荣,张彦铎.人工智能(M).北京:清华大学出版社.2006.
[28]Richard T Macmillan.Charles E Gerber.Joseph M Sackett.etal.Holden knowledge based route planning[A].NAECON[C].1990.
[29]张海.智能化对地攻击路线规划方法与算法研究[D].西安.西北工业大学.1 998.
[30]孙增圻,张再兴,邓志东.智能控制理论与技术[M].北京:清华大学出版社.1997.
[31]野本弘平.利用神经模糊算法的飞行器航线规则[J].飞航导弹.1996(12):7-12.
[32]常裕庚,恽为民.遗传算法综述[J].控制理论与应用.1996,13(6):697-708.
[33]何强.通过神经网络学习实现机器人路径规划[D].北京.北京理工大学.1996.
[34]Janin G.Gomez Tiemo M A.The genetic algorithms for trajectory optimization[R].E-43936.1990.
[35]Miles B Pellazar.Vehicle route planning with constraints using genetic algorithms[A].NAECON[C].1994.
[36]周明,彭炎午.基于遗传模拟退火算法的机器人路径规划[J].航空学报.1998,19(1):118-120.
[37]曲彦宾.遗传算法及其在机器人路径规划中的应用[D].西安.西北工业大学.1996.
[38]王栋.低空突防航迹规划、航迹控制的工程实现[D].南京.南京航空航天大学.1999.
[39]何佩,金长江,屈香菊.航迹规划中雷达探测空间的生成.飞行力学[J].2001,19(1):78-80.
[40]范晨,王正杰.基于A* 算法的飞行器三维航迹规划研究[J].弹箭与制导学报.2006,26(1):650-656.
[41]李春华,郑昌文,周成平等.一种三维航迹快速搜索方法[J].宇航学报.2002,23(3):13-17.
[42]李清.综合飞行与突防系统研究[D].南京.南京航空航天大学.1998.
[43]赵玲玲.飞行器航迹规划与航迹控制算法研究与实现[D].哈尔滨.哈尔滨工业大学.2006.
[44]兰汉平,丁锋.战术数据链技术现状及发展研究[J].舰船电子工程.2004,24(5):37-39.
[45]王健.数据链在指控系统中的应用研究[J].现代电子工程.2005(2):30-33.
[46]陈赤联,孙从武.数据链作战应用研究[J].导航.2005(4):13-20.
[47]郑昌文,周成平,丁明跃等.一种针对运动目标的飞行器航迹搜索算法[J].宇航学报.2003,24(5):444-450.
[48]史和生,许漪,王耀华.能够重选目标的低空飞行器指挥模型仿真研究[J].弹道学报.2005,12(4).
[49]李水根.分形[M].北京:高等教育版社.2004.
[50]冯玲,王化雨.几种分形图形生成算法的研究和比较[J].电脑知识与技术技术.2007(1):116-118.
[51]胡鹤迪.随机分形引论[M].武汉:武汉大学出版社.1996:25-64.
[52]张志涌等.精通MATLAB6.5版[M].第一版.北京:北京航空航天大学出版社.2003.
[53]孙向春.直升机飞行航迹规划与控制跟踪技术研究[D].北京.北京航空航天大学.2004.
[54]沈春林,徐克虎.低空突防的若干关键技术[J].南京航天航空大学学报.2000,32(3):12-15.
[55]吴义明,齐欢,陈迎春.巡航导弹航迹规划代价函数的优化技术研究[J].战术导弹控制技术.2006(3):65-68.
[56]何佩.低空突防航迹规划方法研究[D].北京.北京航空航天大学.2003.
[57]崔麦会,周建军,陈超.无人机航迹控制及其仿真研究[J].计算机测量与控制.2005,13(5):446-448.
[58]高惠英,关世义.任务规划系统的发展[J].飞航导弹.1997(4):1-18.