طراحی مسیر پرواز بهینه هواپیماهای بدون سرنشین در حضور عوارض زمینی و مناطق تهدید

Abstract

در این مقاله مسیر پرواز بهینه برای هدایت هواپیما‌ی بدون‌سرنشین که از موقعیت شروع تا موقعیت هدف در فضای سه‌بعدی با ارتفاع پایین پرواز می‌کند، طراحی شده است. با تعریف تابع هزینه‌ای مرکب از زمان پرواز، ارتفاع عوارض و مدل مناطق تهدید و استفاده از روش‌های حل مبتنی‌ بر کنترل بهینه، مسیری بهینه طراحی می‌شود، که با عدم برخورد با عوارض زمینی و عدم‌عبور از مناطق تهدید، پروازی ایمن را فراهم می‌نماید. این مسیر پرواز در قالب مجموعه معادلات دیفرانسیلی ارائه می‌شوند که حل زمان واقعی آن‌ها منجر به ارتفاع و زاویه‌ی سمت فرمان برای خلبان‌خودکار خواهد شد. علاوه‌ بر این، با استفاده از سطوح اسپیلاین، داده‌های گسسته‌ عوارض زمین میان‌یابی‌ شده که منجر به کاهش حجم داده‌های مورد نیاز از ارتفاع عوارض زمین و هم‌چنین همواری مسیر پرواز می‌شود. برای ارزیابی الگوریتم ارائه‌ شده، از نقشه‌های عوارض زمین در بخشی از ارتفاعات زاگرس استفاده شده و نتایج شبیه‌سازی برای دو حالت سرعت ثابت و انرژی ثابت ارائه شده است. این نتایج، کارآمدی الگوریتم را در مواجه با یک ماموریت واقعی نمایش می‌دهند. در حالت سرعت ثابت می‌توان قید حداکثر نرخ زوایای سمت و مسیر پرواز را به طور ضمنی تنظیم کرد. در حالی‌که، در حالت انرژی ثابت علاوه بر تنظیم این قیدها، می‌توان قید سرعت و حداکثر ارتفاع پرواز را نیز به راحتی برآورده کرد.