满足转弯半径限制的二维航迹规划.docx

PAGE PAGE 1 Published at ACTA ELECTRONICA SINICA 2000 Vol.28 No.3 满足直飞限制二维航迹规划方法研究 Research on 2D Route Planning Approach Constrainted for Straight-Flight 涂吉林 丁明跃 周成平 （华中理工大学图象识别与人工智能研究所， 国家教委信息处理与智能控制开放实验室， 武汉 430074） 【提要】 本文首先对飞行器航迹规划过程中带直飞限制的二维航迹规划问题进行了探讨。为了解决这一问题，提出将二维航迹简化为由直线段与圆弧段组成的规则航迹，并给 出航迹相切点的定义。在此基础上，给出了一种满足直飞限制的二维航迹规划方法。实验 证明，该方法所规划出的航迹不仅很好地满足转弯半径限制，而且能够保证飞行器直飞通 过相切点，从而为飞行器进行匹配导航、航空摄影等应用提供了便利。 关键词:转弯半径，相切点 TPs，航迹规划 Abstract:Straight-flight constrained 2D route planning for unmanned air vehicle is conducted this paper. To meet the request of straight-flight constraint, 2D flight route can be simplified canonical route that consists of line and arc segment, and the definition of turning points (TPs given.Based on thisdefinitiona,new method forstraight-flicgohntstrainedrouteplanningis presented. Experiments shows that the obtained optimal route not only meets the request of minim radius constraint, but also keeps air vehicle fly straight passing through turning points, facil matching navigation and flight photographing for air vehicle. Keywords: Turning Radius, Turning Points (TPs), Route Planning 一、引言 飞行器航迹规划的目的就是为飞行 器寻找一条从起点到终点的优化飞行航 迹。在规划时，需要综合考虑飞行器机动 有哪些信誉好的足球投注网站 [1。] 采用 A *算法进行规划首先需要选择规划节点。许多规划方法选择航迹上的特殊点作为规划节点[2]，所得到的航迹往往由通过这些点的折线组成，如图 1 所示， 性能、飞行区域等对航迹所施加的约束， 如飞行器的转弯半径、地形高程、航空交通状况等等。尤其当飞行器执行特定任务时，还要考虑飞行任务对航迹的约束，例 其中 P 表示飞行器所经过的特定区域。 P P P P 1 2 P 3 P n 如当飞行器需要执行航拍任务时，为了使 图 1 不满足直飞限制的折线航迹所拍摄的航片失真度最小，飞行器在经过 匹配区、航测区时必须保持平稳直飞状 显然，如果选择有直飞限制的特殊点态，我们称这种对航迹的限制为直飞限 为规划节点，所得到的航迹可能不能满足制。 直飞限制。因此，如何规划满足直飞限制 在航迹规划中，目前较常用的一种规划算法是 A *算法。这种算法以有哪些信誉好的足球投注网站代价函数 f(n) g*(n) h(n)为优化目标，以 OPEN 表和 CLOSE 表为数据结构，在满足可纳性前提下对状态空间进行全局最优 的二维航迹就成为飞行器航迹规划应用中一个亟须解决的问题。 本文以 Dubins理论[3]为基础，提出了相切点(Tangential Poin缩ts写为 TPs)的概念，进而对基于 A* 算法的二维航迹规划方 法进行改进，使其能够保证飞行器直飞通过所有相切点，从而满足航拍、匹配导航等实际应用的需要。 二、带直飞限制的二维航迹2.1规则航迹与相切点 定义 1：规则航迹为以直线段和圆弧 段为基元组成的连续一阶可导的二维曲线航迹[3] [4。] 定义 2：相切点是规则航迹上的航迹基元之间的切点，记为 TPs（Tangential Point）s 。 根据定义，可以认为相切点是无限短的连接航迹基元的直线段。因此如果假定航迹为规则航迹，把有直飞限制要求的特殊点当作相切点，航迹的直飞限制问题就迎刃而解了。我们