无人机航路规划研究

的约束 条件 ， 阐述 了目 前 国内外应用和研 究的几种航 路 规 划算 法， 并对 无人 机航 路 规 划算 法的发 展 趋 势进 行了 展望。
关键词： 无人机； 航路规划； 动态规划算法； 启发式算法； 遗传算法
１ 无人机航路规划问题的描述
航点与相邻航点之 间的航路段组成 ， 在航路段飞行 途中沿直线
． ３飞行任务要求 任 务， 并安全返 回基地 “ 。 其本质 是多约束条 件下最优或可行 ２ 无人机具体执 行的飞行任务主要包括到达时间和进 入 目 标 解的求解 问题 。 无人 机航路 规划一 般分两步： 首先 是飞行前预
需满足如下要求 ： （ １ ） 航路距离约束 ： 限制航路长度不大 规划， 即根据 既定任务， 结合环境限制 与飞行约束条件 ， 从整体 方 向等， 于一个预 先设定的最大距 离。 （ ２ ） 固定 的目标进 入方 向： 确保无 上制定最优 参考路径并装订特殊任务； 其次是飞行过程 中的重
而 到达 某些航 点时有可能根据任 务的要求而改变 飞行姿 无人 机航路 规划是 依据地形信息和执 行任务环境条件 信 飞行， 最小航路段长度是指 限制无人机在 开始 改变 飞行姿态 前必 息， 综合考虑无人机的性能、 到达时间、 耗能、 威胁 以及飞行 区 态，
（ ４ ） 最低 安全飞行 高度 ：限制通 过任 务区域 域等约束条件 ， 为无人机规 划 出一 条或 多条 自出发点到 目标 点 须直飞的最短距 离。 最低飞行高度 ， 防止飞行高度过低而撞击地面而坠毁。 的最优或 可行 的飞行航 路， 保证无 人机高效 、 圆满 地完成飞行
时， 无人机航路规划 系统 则必须具备在线重规 划功能。
知
地 形因素
威 胁 信 息 飞行任务分 解
３ 无人机 航 路规 划算 法
由于无人机所处的战场环境异常复杂辽阔， 规划约束条件 众 多， 各因素之 间又存 在强耦 合， 再加 上无人机 自身独特 的控 制 方式 ， 航 路规划 在处理这 些 因素 时面 临极大挑战 。 Ｃ ａ ｎ ｎ ｙ 在
的区域会 出现组合爆炸。
２ ． ２无人机物理限制
（ １ ） 最小转 弯半径 ：由于无 人机飞行转 弯 形成 的弧度将 受
３ ． ２ 启发式 算法
启发 式算法 是指 通过寻求一种 能产生可行解 的启发 式规
规划， 即根据 飞行过程 中遇到的突发状况 ， 如地形 、 气象变化 、 人机从特 定角度接近 目标 。
． ４ 实时性要 求 未知限飞禁 飞因素等 ， 局部动态 的调整飞行路径或改变动作任 ２ 当预先具备完 整精确 的环境信息时， 可一次性 规划 自起 点 务（ 如图１ 所示 ） 。
任 务环境
图１ 航路规划流程框图
从框 图中可知， 按照任务环境模 型是否实 时变化 ， 即无人 １ ９ ８ ８ 年就 已经证 明航路规 划是一个Ｎ Ｐ 问题， 对其直接求解往往 机飞行 环境是否确定， 航路规划可分为已知威胁信息环境下航 导致 组合爆炸 。 为了加速 规划 进程 ， 近 年来 国内外学者 已提 出 路规 划和 未知威胁 信息环 境下航路 规划 。已知威 胁信息环 境 了许 多不 同的规划方法。 下 面对 已有的规划方法加 以概 述。 下航路规划根据无人机飞行环境的确定信息， 在无人机执行任 ３ ． １动态规划算法
务之前就可 以进行规划设计， 这一过程一般在 无人机起飞前完
动态 规划是 分 阶段决策时． 陛要求不高； 未知威胁 信息环境下航路 规划通 过无人 是对 于存 在多个空 中封锁和地面 障碍 等多约束 的情况下， 采用 机对 环境变化更新后， 在飞行 中对航路进行重 规划 ， 实时ｌ 生要 航 路图分类 法进行航 路规划 。 无人机根 据约束， 在有 限的探测
价最小的节点， 反 向搜 索其父节点， 得到最优 航路。 ２ ． １飞 行环境 限制 动态规划 法模型简单 ， 对地 形要求不高， 算法不依赖 于威 无 人机在 执行任务 时， 会 受到如禁 飞区、 障碍物 、险恶 地 胁场 的连 续性 ， 容易实现 。 但 由于动态规划 算法具有维数爆炸 形等复杂 地理环境的限制， 因此在 航路规划 时， 应尽量 避开这 如果在大范 围内进行动态 搜索 ， 计算机无 法处理大量信 些 区域 ， 可将这些 区域在地 图上标 识为禁飞 区域 ， 以提 升无人 特 性 ， 息， 因此动态规 划算法适 于小范 围内航 路规划 ， 对于范 围较大 机工作效率 。 此外 ， 飞行区域内的气 象因素也将影响任务 效率 ， 应充分考虑大风 、 雨雪等复杂气象下的气象预测与应对机制 。
无人机航 路规划研究
刁德权（ 海军 航空 兵学院舰载机系， 辽 宁 葫芦岛 １ ２ ５ ０ ０ １ ）
摘
实 验 研 究 ・
要： 通 过 对无人 机 航 路规 划 的研 究 ， 对无人 机 航 路规 划 问题 进行 了 概 括 和总结 ， 介绍了 无人 机 航 路规 划流程 ， 分析 了 无 人 机航 路 规 划
求较高。
和处 理范围 内， 根据不 同的滚 转角度 ， 得到下一时刻无人机可
能到达 的位 置， 并在新 的飞行点上 ， 计 算再下一时刻的位 置。 以
２ 无人机 航 路规 划 约束条 件
无人机航路规 划需要考虑以下因素 ’ ：
此类 推 ， 得 到一棵航路树 ， 比较树 枝终点的性能 指标并找到代
无人机 自身 约束 条件
已
气 象因素
未 知威胁 信 息
到终点的最优 航路 。 而实 际情况 是难以保证获得 的环 境信 息不 发 生变换 ； 另一方面 ， 由于任 务的不确 定性 ， 无人机常常需要 临 时改变飞行任务。 在环境信息变化区域不大的情况下， 可通过局 部更新 的方法进行航 路的在 线重规划 ； 而当环境变化 区域较大