基于變步長稀疏A*搜索和MPC的多無人機層次化協同航跡規劃*

薄　寧， 李相民， 代進進， 唐嘉鈺

(海軍航空大學, 山東 煙臺　264001)

無人機(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)由于其獨有的成本、機動性等優勢,目前已被廣泛用于戰術壓制敵防空系統、偵察搜索、定位跟蹤、戰毀評估等枯燥、危險、惡劣的戰術任務[1]。靈活高效的自主航跡規劃是無人機系統生存與成功的核心基礎之一[2],其成為近年來理論研究的重難點問題之一。

UAV航跡規劃可分為路徑規劃和軌跡規劃。路徑規劃結果是與時間無關的靜態幾何路徑。軌跡規劃比路徑規劃更為細化,規劃結果是與時間相關的三維空間曲線。路徑規劃主要求解方法分為兩類：一類是確定型搜索算法,如D*算法、A*算法、Dijkstra算法[3]等;一類是隨機型搜索,如遺傳算法、粒子群算法等。但路徑規劃方法一般不考慮UAV動力學與運動學約束,結果較為粗略。軌跡規劃方法分為直接法與間接法兩種,直接法又可分為可行方向法、非線性規劃法等;間接法如牛頓法,最速下降法、共軛梯度法等[4]。軌跡規劃方法可以求得UAV運動控制的較優解,但隨著避障、避碰、多機協同等約束的增多以及規劃地域范圍的擴大,其求解復雜度增大,實時性降低。例如,文獻[5]考慮UAV動力學運動學約束、避障約束,建立了UCAV武器投放軌跡規劃最優控制問題框架,使用Gauss偽譜法求解,仿真結果表明,在使用較少插值點的情況下,計算時長仍在十幾秒左右。

針對上述問題,本文提出了一種路徑規劃與軌跡規劃相結合的多UAV實時航跡規劃層次結構策略。在路徑規劃階……