一种飞行器导航算法研究及其系统设计

摘要

随着近年来能源问题的日趋严重，飞行器的飞行节油轨迹优化设计问题已经受到广泛的关注。飞行器在特定的飞行条件下，如何选取最佳的飞行状态，使其中某项性能指标达到最优状态，已经成为飞行器导航中重点考虑的问题。随着信息化的飞速发展，在现代战争和经济成本衡量中，飞行器的飞行时间因素的影响也越来越突出，具有飞行时间约束的路径规划才能满足飞行器的任务需要。现代飞行器普遍具有时间调控能力，飞行时间因素逐渐开始受到人们的关注和重视。
　　本论文结合飞行器在实际飞行中的燃油消耗，以航空燃油量最经济最少为前提，主要研究利用轨迹优化方法对飞行器的飞行轨迹进行合理优化，通过对飞行器各阶段的燃油消耗进行研究，分别对返场经济导航、航线经济导航、巡航及航路重规划进行建模，并优化其飞行路径。在三维航路重规划的基础上，加入时间维的4D路径导航算法也日益重要，本文通过基于几何约束的自适应 A星算法对其进行路径规划。本文的主要工作内容如下：
　　1.论文首先详细介绍了飞行器经济导航的几种模型，然后对经济导航涉及到的主要算法进行了详细介绍，包括最大燃油里程模型、BINGAO告警模型及能量状态法等算法模型，并且对经济导航路径优化算法进行了详细分析，最后对飞行器经济导航所涉及到的算法进行了算法仿真，并验证其算法的有效性。
　　2.论文提出了基于自适应A星算法的航路重规划模型，在此基础上研究并实现了4D路径规划算法。论文首先介绍了航路重规划模块所用到得 A星算法以及自适应 A星算法，并对比了其优劣性。接着介绍了4D路径规划的航程路径代价表示以及基于几何约束的自适应 A星算法，然后对于时间误差的改进方法进行了研究，接着进行了实验仿真，验证了该改进算法的可行性。
　　3.论文设计并实现了飞行器经济导航仿真系统。先详细介绍了该系统的总体设计方案以及系统的主要功能，接着对各个功能模块的设计进行了详细说明以及界面显示，最后给出了各功能模块具体的仿真数据，并对仿真结果和误差进行了详细分析，验证了该系统的实用性和有效性。

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第一章 绪论

1.1 选题缘由和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究主要内容及组成

第二章 经济导航模型与算法研究

2.1 引言

2.2 经济导航算法模型

2.3 经济导航算法设计

2.4 经济导航路径优化算法设计

2.5 经济导航算法仿真验证

2.6 本章小结

第三章 路径重规划与4D路径规划算法研究

3.1 引言

3.2 航路重规划算法研究

3.3 4D路径规划算法研究

3.4 航路重规划算法仿真验证

3.5 4D路径规划算法仿真结果与误差分析

3.6 本章小结

第四章 飞行器导航仿真系统设计与实现

4.1 引言

4.2 软件系统仿真平台介绍

4.3 软件总体设计

4.4 系统主要功能模块与界面

4.5 仿真结果与误差分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 建议和展望

参考文献

致谢

作者简介

附录A 坐标变换

1．大地坐标系

2．大地空间直角坐标系

3．大地坐标系与大地空间直角坐标系之间的相互转换