低空救援航空器航迹规划算法研究

摘要

我国是世界上发生自然灾害以及各类公共安全事故灾害最为严重的国家之一，而航空救援作为立体救援有机整体的重要一环，其具有快速、高效、受地理空间限制少等优势，已然成为社会各界高度关注和重视的对象。除此之外，随着《低空空域管理使用规定》发布，低空开放政策日渐成熟，也让航空器低空安全运行成为近几年备受关注的研究热点。本文主要针对重大自然灾害下的通用航空器低空应急救援飞行航迹规划问题，将低空救援航空器航迹规划问题划分为预战术和战术两个层面进行研究，最终要实现航空器实时自主地规划航迹。
　　预战术层面通过结合实际的低空救援飞行环境，先针对单个航空器航迹规划问题，在三维空域网格划分的基础上，基于改进的A?算法得到最优的初始飞行计划航迹。在单个航空器初始飞行航迹基础上，结合时间窗原理，提出了两种方法解决了多航空器无冲突飞行计划航迹规划问题，并通过计算机仿真对两种方法进行了对比分析。战术层面则在预战术航迹规划的基础上，结合已划设的空域网格，提出了基于航空器飞行状态模式估计和飞行意图推理的航迹预测算法。该算法结合了交互式多模型算法和改进的意图推理算法的优点，摒弃了两种算法单独使用时的不足之处，进而能够确保预测得到的航迹实时准确。基于航迹预测的冲突解脱算法在探测到飞行冲突时，为了实现航空器自主避让飞行冲突，将航空器当作独立自主的智能体 Agent，依据救援目视飞行规则，在Airspace模型上，构建Agent模型。基于优先级准则，进行非协作式航向调整冲突解脱策略，并提出了协作式航向调整冲突解脱策略思想，确保航空器能够得到最优无冲突飞行航迹。最后，仿真验证了该算法的实时性和有效性。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外理论研究和应用现状

1.3本文研究的主要内容

第二章 基于三维空域网格的低空飞行计划航迹规划方法

2.1问题描述及相关假设

2.2基于三维空域网格的单航空器最优飞行计划航迹规划方法

2.3多航空器无冲突的预战术航迹规划方法

2.4仿真验证

2.5本章小结

第三章 基于混合估计和意图推理的航迹预测算法

3.1问题描述及相关假设

3.2混合估计算法

3.3意图推理算法

3.4基于飞行状态和飞行意图的航迹预测算法

3.5仿真验证

3.6本章小结

第四章 实时的飞行冲突探测与解脱算法分析

4.1低空救援目视飞行规则

4.2冲突探测与解脱总体网络结构

4.3基于航迹预测的冲突探测算法

4.4基于Agent模型的实时航迹解脱算法分析

4.5仿真验证

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2工作展望

参考文献

致谢

在校期间研究成果

附录