Планирование пространственного маршрута полета беспилотного летательного аппарата с использованием методов частично целочисленного линейного программирования

Схема автономного полета БПЛА включает в себя три основных

этапа: планирование полетного задания, планирование маршрута и ав-

тономный полет с помощью системы управления. Под планированием

маршрута полета понимается поиск оптимального маршрута от его

известного начального положения

(начальная точка) до заданного

конечного положения

(место назначения) с учетом динамических

характеристик БПЛА и решения задачи облета препятствий [1].

Маршрут полета в режиме реального времени рассчитывается с

учетом минимизации определенного показателя (время полета, затра-

чиваемое топливо и т.д.) [2]. Для того чтобы решить данную задачу

предлагается подход, суть которого заключается в следующем: необ-

ходимо разработать линеаризованную динамическую модель БПЛА;

использовать в качестве основного компонента, минимизирующего

целевую функцию, время полета между соседними опорными точ-

ками, в которых изменяется маршрут полета; применить частично це-

лочисленное линейное программирование (ЧЦЛП) [3, 4] для введения

линейных ограничений со смешанными формами, состоящих из ло-

гических и непрерывных переменных для описания ограничений при

облете препятствий.

Если полный маршрут полета из начальной точки до целевой точки

вычисляется однократно, то объем вычислений будет довольно боль-

шим. В то же время процесс вычислений ограничивается возможно-

стями бортового компьютера: допустимым временем вычислений и

объемом памяти. С другой стороны, если информация об окружаю-

щей среде, где выполняется полет, является неполной, то необходи-

мо проводить ее дальнейшее исследование и уточнение. Поэтому для

неизвестной среды практически невозможно однократно вычислить

полный маршрут полета. При расширении или выявлении новых це-

лей полета, маршрут полета может формироваться и рассчитываться

по отдельным участкам. В настоящей статье рассматривается задача

планирования маршрута полета на одном участке.

Используя управления с прогнозирующими моделями (УПМ)

[4, 5], задача планирования маршрута полета БПЛА рассчитывает-

ся с течением времени постепенно, причем каждый участок маршрута

полета БПЛА определяется в результате решения задачи оптимизации

на ограниченном интервале времени. Таким образом, метод УПМ

позволяет сократить время вычислений.

В последние годы, метод комбинирования УПМ и ЧЦЛП использу-

ется для решения задачи планирования маршрута полета летательного

аппарата. В работах [6, 7] рассматривались только задачи планирова-

ния маршрута полета для случая отсутствия препятствий. В статье [8]

для синтеза маршрута полета с обходом препятствий использовались

сплайн-кривые, а в работе [7] впервые было выполнено комбиниро-

54 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2016. № 2