无人机在线航路规划技术研究及其工程实现

３ ）规划算法 的设计 或选取。实际上是 选取合适 的算
法将第二步抽象 出来 的数学问题求解 ， 求解最优航路 。 ４ ）航迹跟踪控制。根据规划 出的航路并结 合飞机 的 模型， 给出制导规律 并设计 飞机 的轨 迹控制 器 ， 使飞机 沿
规 划轨 迹 飞 行 … 。
务 的圆满完成 。 目前航路 规划技术 发展迅速 ， 划算法多 规
些 单 元 格 是 否 连 通 ， 路 径 是 否 连 通 ， 过 对 这 些 单 元 格 即 通
功能 ， 来适应 Ｅ益复杂 的飞行环境与飞行任务。 ｔ 本文 中首先介绍 了当前几 种主流 的航路 规划算 法 以
及 航 路 规 划技 术 在 整 个 无 人 机 系 统 中 的作 用 ， 后 根 据 规 然 划 算 法 的 实 时性 能 不 同 分 别 采 用 切 换 航 路 模 式 和 设 置 虚
拟 目标点的方式来 实现规 划算 法在工 程上 的应用 。最 后 给出仿真验证方案。
赋予一定代价值 ， 根据代价值采用某种 算法找 到一条最优
路径 。
１ 航 路 规 划 技 术
１ １ 航路规划算 法的描述和分类 ． 航路规划 技术 涉 及专 业 和方 向很 多 ， 一 个综 合 性 是 强， 难度很大的课题 。它主要涉及到的关键技术有 。 ： 。 。
其 中基于图形 的方法 首先根 据一 定规则将 环境 表示 成 由 可飞航线 和节点构成的 网络 图， 然后根 据特定 的评 价函数 以及约束 条件 在 图中进行 搜索 ， 到最优 航路 ， 得 比较代 表 的算 法有 Ｖ ｒｎｉ ｏｏｏ 图法 ， 随机路 径法 。基 于栅格 法 的航路 规划 ， 则是将可 飞 区域分解 为一些 简单 的单元 格 ， 判断这
胡
木， ： 等 无人 机 在线航 路 规 划技 术研 究及 其 工程 实现
１ ５
实 时性能要求 比较 高 ， 以实 时航路 规划采用 的规 划算法 所
第３ 卷 １
第 ３期
四 川 兵 工 学 报
２１ ０ ０年 ３月
【 武器装备】
无 人 机 在 线 航 路 规 划 技 术 研 究 及 其 工 程 实 现
胡 木， 李春涛
２０ １） １０ ６ （ 南京航空航天大学 ， 南京
摘要 ： 通过对无人机航路规划技术的研究 ， 阐述了无人机航 路规划 系统的整体结构 以及无人机 航路规划模块 与 制导控制的无缝链接技术。在无人机在线情况下 ， 针对离线算法 ， 通过存储缓存航路 ， 切换航路模式方式 实现算 法在工程上 的应用 ， 对于实时算法 ， 通过实时产生虚拟 目标点 ， 追踪虚拟点 的方法 实现算法在工程上 的应用 。在
１ ）地形及敌情信 息的获取 和处 理。地形和 敌情信息
为弱实时和强实时 ２种 。一 般来说 ， 由于实 时航 路规划对
睾 收 稿 日期 －０ ９—１ ３ ２０ ２— １ 作 者简 介 ： 木 （９ ５ ） 男 ， 士 ， 要从 事无 人， 物质取样 、 物资运送等都发挥 了极其重要 的作 用 。但 由于飞行任务越 来越繁重， 飞行环境越来 越恶劣 ， 如 何寻找一条路径短 ， 安全系数高 ， 且满足无人机约束条件 的 任务航路 ， 已经被越 来越多 的学 者和工程人 员所重视。在
信息和无人机 自身约束条 件等 因素建 立数学模型 ， 即将实
自２ ０世纪 ９ ０年代 以来 ， 无人机得 到广泛 的研 究和应
用 。无 论是 在 军 用 上 的 敌 情 侦 查 ， 力 打 击 或 者 是 民 用 上 火
般通 过卫 星或情报信息获得 ， 而且可 以通过机载传感 器 ２ ）环境模 型的建立 。对收集到的威胁 区域 ， 目标 区域
和通 讯 链 路 及 时 修 正 和 补 充 。
种 多样 ， 且 在 理 论 上 已 经 日趋 成 熟 。而 传 统 的无 人 机 飞 并
行航路是 由地 面人员根据环境信息和 飞行要求手工或者地
面规划软件设 计出来 ， 无人机在地 面状态时装载 到无人 在 机飞控 中。这种方 式无人机 飞行航路在起 飞前 已经 固化 ，
当起 飞后 ， 环 境 变化 ， 行 任务 变 更 时 ， 人 机无 法 根 据 飞行 飞 无 变 化 更 改航 线 。 因此 迫 切需 要无 人 机 具 有 在线 调整 航 路 的
其 中 ２ 和 ３ 是航 路规划 中的主要 关键技 术 ， 路规 ） ） 航 划算法均要对该 ２项进行研究。对于 目前众多的航路规划 算法 ， 按照环境模型建立方式可 以将航路规划分 为基于 图
形 （ｒｐ －ａｅ ） 基 于 栅 格 （ ｄｂｓｄ ２种 建 模 方 法 。 ｇａｈｂｓｄ 和 —ａｅ ）
此 基 础 上 ， 出仿 真 验 证 的 方 案 ， 证 该 融 入 方式 的可 行 性 。 给 验
关键词： 航路 规划 ； 虚拟 目标点 ； 实时规划 ； 在线规划
中 图分 类 号 ： ２９ １ Ｖ ４ ． 文 献 标 识 码 ： Ａ
一
文章 编 号 ：０ ６— ７７ ２ １ ）３— ０ ４— ４ １０ ０ ０ （０ ０ ０ ０ １ ０
际求解最优航路的物理问题转化为 多约束条件下 ， 求极值
的数 学 问 题 Ｊ 。
这个背景下航路规划技术孕育而生 。航路规划是指在满足
飞行器约束 的前 提下 ， 寻找 出一条 由起 飞点到 目标点 的最
优 或 令人 满 意 的 飞行 航 线 ， 保 飞 行 器 的安 全 以 及 飞 行 任 确
根据 搜索航路算法不 同， 以把规 划算法分 为遗 传算 可
法 ， ｉ ｓａ法 ， Ｄｊ ｔ ｋｒ 蚁群算法 ， 算法 ， Ａ 人工势场法。 而根据环境模型是否可 以实 时更新 ， 否可 以在线更 是
改飞行任务 ， 可以将航路规划算 法分为离线 算法和实 时算
法 ２种。对环境变化反应的灵敏程度可以将实时算法划分