现代战场环境下无人作战飞行器的在线三维航迹规划与控制

"该文主要探讨了在多约束条件下的无人作战飞行器在线三维航迹规划与跟踪控制问题，由黄汉桥、黄长强、赵辉、曹林平、翁兴伟共同研究，属于空军工程大学航空航天工程学院的研究成果。文章通过建立无人作战飞行器的数学模型，设计代价函数，并在考虑各种约束（如动力约束、边界约束和过载限制）的情况下，提出了三维航迹规划算法和在线再规划算法，以应对动态战场环境中的实时需求。此外，采用三次样条方法平滑处理航迹，并利用滑模变结构控制实现对航迹倾角、航迹偏角和速度的精确跟踪。文章通过数字仿真验证了所设计方法的有效性，表明所生成的航迹能满足作战需求，跟踪控制器具有强鲁棒性。" 在多约束条件下的无人作战飞行器在线三维航迹规划是现代战场环境下至关重要的技术。传统航迹规划通常假设环境信息已知且固定，但实际战场环境的实时动态变化和紧急任务需求使得飞行器必须具备在线自适应规划和再规划的能力。文章首先建立了无人作战飞行器的运动模型，这是一个考虑了自由度的方程系统，同时做了一些简化假设，例如忽略姿态控制过程和假设攻角和侧滑角为小。 航迹规划的核心在于设计代价函数，这个函数综合了各种约束条件，如飞行器的动力学限制、边界条件以及过载限制。在这些约束下，通过扩展航迹节点来生成三维航迹规划算法，确保飞行器能够在满足作战需求的同时，适应动态战场环境的变化。为了解决局部航迹的重规划问题，文中提出了在线三维航迹再规划算法，能够在出现突发威胁时快速调整航迹。 平滑处理是航迹规划中的重要环节，文章采用了三次样条方法，使得生成的航迹更加平滑，减少了飞行中的波动，有利于飞行器的稳定飞行。在跟踪控制方面，作者利用滑模变结构控制理论，设计了针对航迹倾角、航迹偏角和速度的跟踪控制系统，这种控制器具有强鲁棒性，即使在存在不确定性或干扰的情况下，也能保证飞行器对期望航迹的精确跟踪。 通过数字仿真，研究团队验证了所提出的在线三维航迹规划和跟踪控制策略的可行性。仿真结果证明，生成的实时航迹满足作战需求，而设计的控制器能有效地应对各种约束和战场变化，确保无人作战飞行器高效、安全地完成任务。 该研究为无人作战飞行器在复杂战场环境中的自主导航和控制提供了理论和技术支持，对于提升无人飞行器的生存能力和任务完成效率具有重要意义。