在当前空中交通管理体系中,基于均匀栅格的飞行器航迹规划方法广泛应用,但存在局限性。空域的均匀栅格划分无法自适应匹配空域的障碍物变尺度分布,导致特定空域航迹规划效率较低、计算代价较大,且在动态变化的空域环境中,航迹动态调整...在当前空中交通管理体系中,基于均匀栅格的飞行器航迹规划方法广泛应用,但存在局限性。空域的均匀栅格划分无法自适应匹配空域的障碍物变尺度分布,导致特定空域航迹规划效率较低、计算代价较大,且在动态变化的空域环境中,航迹动态调整效率难以满足实际需求。针对以上问题,研究空域网格尺度自适应拓扑算法,根据障碍物分布特点实现空域的自适应Delaunay三角划分,并能够实现空域结构随着障碍物的动态调整快速高效局部重构;进一步基于空域结构自适应拓扑构建航迹搜索网络,采用A*算法在搜索网络上搜索初始航迹,针对初始航迹较长,折角尖锐的问题,设计了1种航迹实效化算法,通过局部检测优化航迹,使其转弯处圆弧过渡,不符合要求的圆弧,通过调整安全边界半径进行优化,以契合固定翼垂直起降飞行器(vertical take-off and landing,VTOL)飞行器运行特性。具体算例仿真结果表明空域网格尺度自适应拓扑算法能够使空域栅格数量减少69.33%,显著压缩搜索空间;航迹实效化算法能够使航迹长度缩短8%~15%,且航迹的光滑度显著提升,有效降低飞行控制难度与能耗。综上所述,本文的研究为固定翼VTOL飞行器的低空航迹规划提供了1种高效、实用的解决方案。展开更多
民用飞机基于航迹的运行方式(Trajectory based Operation,TBO)要求飞行绿色安全高效,具有尽可能少的时间和燃料消耗。求解飞行航迹这一高维、复杂、非线性问题的现有方法,往往需要引入人类的先验知识,对历史飞行数据考虑较少。为了在...民用飞机基于航迹的运行方式(Trajectory based Operation,TBO)要求飞行绿色安全高效,具有尽可能少的时间和燃料消耗。求解飞行航迹这一高维、复杂、非线性问题的现有方法,往往需要引入人类的先验知识,对历史飞行数据考虑较少。为了在满足航迹运行多约束条件的同时,实现更少的时间、燃油消耗,提出了一种结合历史飞行数据和经验数据的优化方法。抽象化的飞行参数作为表征飞行的状态量和动作量,状态量能够唯一确定飞机飞行状态,动作量可以促使飞机状态量更新。通过将飞行过程中的航路点约束、性能约束转换成归一化的奖励值,指导轨迹和性能优化在约束包络中进行。在此基础上,将真实飞行数据作为高质量的补充数据集,进一步指导结果优化。对比验证表明上述方法在秒级时间内能得到满足所有约束条件的飞行轨迹,同时具有较少的时间和燃油消耗。在Boeing-747模型上的验证结果表明,提出的方法能够实现相比于成本指数方法10%的燃油优化。展开更多
文摘在当前空中交通管理体系中,基于均匀栅格的飞行器航迹规划方法广泛应用,但存在局限性。空域的均匀栅格划分无法自适应匹配空域的障碍物变尺度分布,导致特定空域航迹规划效率较低、计算代价较大,且在动态变化的空域环境中,航迹动态调整效率难以满足实际需求。针对以上问题,研究空域网格尺度自适应拓扑算法,根据障碍物分布特点实现空域的自适应Delaunay三角划分,并能够实现空域结构随着障碍物的动态调整快速高效局部重构;进一步基于空域结构自适应拓扑构建航迹搜索网络,采用A*算法在搜索网络上搜索初始航迹,针对初始航迹较长,折角尖锐的问题,设计了1种航迹实效化算法,通过局部检测优化航迹,使其转弯处圆弧过渡,不符合要求的圆弧,通过调整安全边界半径进行优化,以契合固定翼垂直起降飞行器(vertical take-off and landing,VTOL)飞行器运行特性。具体算例仿真结果表明空域网格尺度自适应拓扑算法能够使空域栅格数量减少69.33%,显著压缩搜索空间;航迹实效化算法能够使航迹长度缩短8%~15%,且航迹的光滑度显著提升,有效降低飞行控制难度与能耗。综上所述,本文的研究为固定翼VTOL飞行器的低空航迹规划提供了1种高效、实用的解决方案。
文摘民用飞机基于航迹的运行方式(Trajectory based Operation,TBO)要求飞行绿色安全高效,具有尽可能少的时间和燃料消耗。求解飞行航迹这一高维、复杂、非线性问题的现有方法,往往需要引入人类的先验知识,对历史飞行数据考虑较少。为了在满足航迹运行多约束条件的同时,实现更少的时间、燃油消耗,提出了一种结合历史飞行数据和经验数据的优化方法。抽象化的飞行参数作为表征飞行的状态量和动作量,状态量能够唯一确定飞机飞行状态,动作量可以促使飞机状态量更新。通过将飞行过程中的航路点约束、性能约束转换成归一化的奖励值,指导轨迹和性能优化在约束包络中进行。在此基础上,将真实飞行数据作为高质量的补充数据集,进一步指导结果优化。对比验证表明上述方法在秒级时间内能得到满足所有约束条件的飞行轨迹,同时具有较少的时间和燃油消耗。在Boeing-747模型上的验证结果表明,提出的方法能够实现相比于成本指数方法10%的燃油优化。
