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一種基于三維空域網格的低空救援航空器航跡規劃方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510250318.X

申請日:

2015.05.15

公開號:

CN104991895A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回 IPC(主分類):G06F 17/30申請公布日:20151021|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/30申請日:20150515|||公開
IPC分類號: G06F17/30; G06Q10/04(2012.01)I 主分類號: G06F17/30
申請人: 南京航空航天大學
發明人: 張明; 王磊; 王碩; 喻慧; 李翔宇
地址: 210016江蘇省南京市秦淮區御道街29號
優先權:
專利代理機構: 江蘇圣典律師事務所32237 代理人: 賀翔
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510250318.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2019.03.15|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于三維空域網格的低空救援航空器航跡規劃方法,包括:根據三維地形、航空器性能和天氣分布,將低空空域進行網格劃分節點,采用改進的A*算法搜索單航空器最優飛行軌跡方法;在確定單航空器飛行航跡基礎上,采用時間窗推算方法,提出以時間換空間和空間換時間的多機無沖突航跡規劃方法,最后以救援時間最短為優化目標,獲得多機無沖突航跡規劃方案。本發明解決了航空救援下多航空器在低空復雜地形、天氣分布和考慮航空器性能下的無沖突航跡規劃方法,為航空應急救援指揮系統的航空器飛行計劃編排提供依據。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于三維空域網格的低空救援航空器航跡規劃方法,其特征在于:包括如下步驟.
步驟1,建立空域網格劃分,確定空域航空器飛行環境;
步驟2,確定改進的A*算法的單個航空器航跡規劃;
步驟3,多航空器無沖突的戰略航跡規劃。

2.  如權利要求1所述的基于三維空域網格的低空救援航空器航跡規劃方法,其特征在于:所述步驟1中空域航空器采用目視飛行規則。

3.  如權利要求1所述的基于三維空域網格的低空救援航空器航跡規劃方法,其特征在于:所述步驟1中:空域網格劃分包括如下:將低空空域劃分為大小相同的長方體網格;以網格中心點表示該網格區域,生成規則的航跡節點;網格大小設定依據目視飛行管制間隔以及航空器的性能參數來確定。

4.  如權利要求1所述的基于三維空域網格的低空救援航空器航跡規劃方法,其特征在于:所述步驟2中包括:
步驟21,讀取航空器信息,為其創建openlist表,初始化使其只包含初始節點即出救點在空域網格中的節點;創建closelist表,初始化為空;令g(1)=0,其中,g(n)為從起點即節點1到當前節點即節點n的成本,wm(n)為權重函數:g(n)=g(n-1)+dist(n,n-1)+Σm=1Mwm(n),n>1,]]>兩相鄰節點之間的距離為:dist(i,j)=(xj-xi)2+(yj-yi)2+(zj-zi)2,]]>h(n)為啟發式距離成本,即從當前節點到目標節點的最小歐式距離:h(n)=(xgoal-xn)2+(ygoal-yn)2+(zgoal-zn)2,n≥1,]]>f(n)=g(n)+h(n),算法每次尋求每個節點最小總成本f(n);
步驟22,對于當前航空器,在相鄰可到達的連通的節點中,從openlist表中選擇評價函數值f最小并且滿足約束條件的一個節點n,作為待擴展節點;將節點n從openlist表中刪除并加載到closelist表中;
步驟23,如果節點n是目標節點,停止搜索,轉向步驟26;否則,轉向步驟24;
步驟24,對節點n相鄰節點并且能夠到達的節點中,選擇一個節點m:
①如果m在closelist中并且g(m)更小,更新節點m的g值,將其父節點指向n;
②如果m在openlist中并且目前的g(m)較小,更新節點m的值,將其父節點指向n;
③如果m不在openlist和closelist中,將m加入openlist中,計算其g值,將其父節點指針指向n;
步驟25,返回執行步驟22,繼續搜索;
步驟26,從目標節點向上回溯到起點,記下經過的網格節點,得到從初始節點到目標節點,即問題的最優航跡,算法終止。

5.  如權利要求1所述的基于三維空域網格的低空救援航空器航跡規劃方法,其特征在于:所述步驟3包括:
步驟31,基于時間窗原理的以時間換空間多航空器航跡規劃;
步驟32,基于A*算法的以空間換時間多航空器航跡規劃;
步驟33,以步驟31和步驟32計算結果的時間最小為優化準則,確定航跡規劃路徑。

6.  如權利要求5所述的基于三維空域網格的低空救援航空器航跡規劃方法,其特征在于:所述步驟31包括:
步驟311,在一個確定的[T1~T2]時間范圍內,依據改進的A*算法,分別搜索出n架航空器的最優初始飛行航跡;
步驟312,選取任務等級最高的航空器i的最優初始飛行航跡,在時間[T1~T2]內,任意確定一個起飛時刻根據飛行航跡計算出各個節點的保留時間窗;
步驟313,選取任務等級次高的航空器j的最優初始飛行航跡,判斷與航空器i是否有交點,如果沒有,依據步驟312,確定航空器j的各個航跡節點的保留時間窗;
步驟314,如果有交點,在時間[T1~T2]范圍內,確定航空器i交點的空閑時間窗,依據最優航跡節點之間的飛行時間,計算出航空器j的起始節點的空閑時間窗,航空器j的起飛時刻就是起始節點空閑時間窗內的任意時刻;
步驟315,同理,確定了航空器j的起飛時刻,計算出航空器j的各個節點的保留時間窗,在航空器i和航空器j的保留時間窗基礎上,依次規劃其它航空器的起飛時刻, 最終得到最優初始飛行航跡不變,起飛時刻受限的多航空器無沖突最優飛行航跡。

7.  如權利要求5所述的基于三維空域網格的低空救援航空器航跡規劃方法,其特征在于:所述步驟32包括:
步驟321,在一個確定的[T1~T2]時間范圍內,依據改進的A*算法,分別搜索出n架航空器的最優初始飛行航跡;
步驟322,假定各個航空器起飛時刻已知,選取任務等級最高的航空器i的最優初始航跡,給定了起飛時刻根據飛行航跡計算出各個節點的保留時間窗;
步驟323,選取任務等級次高的航空器j的最優初始航跡,判斷與航空器i最優初始航跡是否有交點,如果沒有,依據步驟322,確定航空器j的各個航跡節點的保留時間窗;
步驟324,如果有交點,依次判斷兩航空器在交點的保留時間窗是否有重合,如果沒有重合,航空器按照原計劃飛行,如果有重合,表示當前節點對于航空器j就不可用,節點的屬性值由原來的1變為0,重新使用改進的A*算法搜索飛行航跡;
步驟325,再次判斷新的航跡與優先級較高的航空器的航跡之間是否有交點,重復執行步驟324,直到判斷所有的交點保留時間窗沒有重合為止;
步驟326,同理,給定了起飛時刻其它的航空器按照上面設計的算法依次搜索最優飛行航跡。

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一種 基于 三維 空域 網格 低空 救援 航空器 航跡 規劃 方法
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