面向地面运动目标的无人机协同航迹规划

　　现代信息化战争常常需要多架无人机从不同机场出发协同追击敌方地面战车等运动目标.目标位置的时变性、战场环境的复杂性使面向地面运动目标的无人机协同航迹规划尤为困难.现有飞行器协同航迹规划研究中,文献[1]将问题分解为整体协同规划和航迹调整两层,在航迹调整层对整体协同规划出的最优航迹进行延长来实现团队时间协同,导致规划结果偏离了最优解.文献[2]提出一种层次分解策略用于解决面向固定目标的协同航迹规划,采用分布规划及统一协调决策方法,协调计算量大,难以满足面向运动目标协同航迹规划的实时性要求.运动目标使许多传统的航迹规划方法失效,原因是规划终点不断更新,而传统方法规划阶段与执行阶段分离.文献[3]指出具有启发信息的贪婪搜索方法可以实时生成搜索路径;文献[4]首次提出自学习实时启发式搜索算法,规划阶段与执行阶段交替进行有效地满足了动态环境的需求.文献[5]在此基础上结合飞行器特性提出多步搜索算法,但节点扩展时间受到给定时间限制.现有面向运动目标航迹规划的文献不多且通常没有明确的运动目标属性.本文针对面向地面运动目标的协同航迹规划问题,综合研究协同规划机制、实时航迹规划方法及分布协同计算方法,不对武器投放方式及空中运动目标涉及的战术规划进行讨论.

　　1　问题描述

　　面向地面运动目标的无人机协同航迹规划问题可以具体描述为:多架无人机从不同机场出发,规避威胁区及禁飞区,同时抵达地面运动目标区域.协同规划需要综合考虑无人机协同规划机制、机动性能约束及燃油约束、规划方法的实时性、信息交互时间间隔等.问题的关键是建立面向地面运动目标的协同航迹规划机制,使无人机按照该机制进行自主在线协同航迹规划及动态调整.本文对无人机地面目标作如下假设:①地面目标区域处于无人机可达范围;②无人机可实时获取目标信息;③协同无人机之间按一定时间间隔通过信息链路获取友机信息,充分考虑信息交互时间间隔;④当无人机与目标距离较近时,航迹拉起以满足攻击占位需求.

　　2　总体方案

　　面向地面运动目标的无人机协同航迹规划总体方案如图1所示.协同无人机具有一致的内部功能模块:通信模块、规划模块和轨迹跟踪模块.通信模块负责目标及友机信息的订购与发布.规划模块负责无人机协同航迹规划,为实现面向运动目标的协同飞行,无人机需要实时获取目标信息并及时交互、更新友机信息,由于交互信息存在时间间隔,因此采用了按时间推进的自规划与同步规划交替进行的协同规划机制.规划模块未获得友机信息时进行自规划,将规划结果传递给轨迹跟踪模块执行;规划模块获取友机信息后进行同步规划,将规划结果传递给轨迹跟踪模块执行,同步规划与自规划交替进行,直至到达目标.