برنامه‌ريزي مسير پروازي ارتفاع - مقيد هواپيما در مانور تعقيب موانع زميني

Aircraft Trajectory Planning with an Altitude-Bound in terrain-following flight

در مقاله حاضر، مسئله طراحي مسير يك وسيله پرنده به‌منظور اجتناب از برخورد با عوارض زميني و با قيد محدود بودن دامنه ارتفاع در يك دالان پروازي متأثر از شكل پستي و بلندي‌هاي زمين مورد بررسي قرار گرفته‌است. به منظور بهبود قابليت تعقيب پذيري مسير طراحي شده، با توجه به ويژگي‌هاي عملكردي وسيله پرنده، اثر دو پارامتر عملكردي بيشينه نرخ صعود و بيشينه نرخ افزايش زاويه مسير پرواز وسيله پرنده در الگوريتم حل وارد شده‌است. در اين راستا، كمي‌سازي معيار عملكرد سيستم، طي تعريف تابع‌هاي هزينه مختلف جهت كمينه‌سازي زمان عمليات، تلاش كنترلي و شتاب عمودي وارد بر وسيله پرنده انجام پذيرفته است. مدل‌سازي رياضياتي عوارض زميني كه به عنوان خط سير مكاني تهديد محسوب مي شود از راهكار چند‌جمله‌اي تواني جهت هموارسازي پياده‌سازي‌ شده‌است. در نهايت جهت حل مسئله از تئوري كنترل بهينه و راهكار برنامه‌ريزي غيرخطي استفاده شده ‌است. ارزيابي مطالعات موردي و شبيه‌سازي‌هاي عددي صورت پذيرفته مؤيد كارايي راهكار پيشنهادي براي حل مسئله برنامه‌ريزي مسير در مانورهاي پروازي با الزام ارتفاع پايين جهت تعقيب و اجتناب از خطرات مستقيم و غير مستقيم محيطي است.

In the present paper the problem of designing a flying vehicle trajectory to avoid the collision with Terrain by limiting the flight range in a flight corridor influenced by the shape of the terrain has been investigated. In order to improve the traceability of the designed trajectory, considering the performance characteristics of the aircraft, the effect of two performance parameters including of the maximum rate of climb and the maximum increasing rate of the flight path angle, are considered in the solution algorithm. In this regard, the quantification of the system performance, has been implemented during the definition of different cost functions to minimize the operating time, control effort and vertical acceleration imposing on the aircraft. Mathematical modeling of the terrain which is considered as the route location of the threat, has been implemented using a power polynomial solution for smoothing. Finally, optimal control theory and nonlinear programming approach are utilized to solve the defined problem. The evaluation of case studies and numerical simulations confirmed the effectiveness of the proposed approach to solve the planning problem in flying maneuvers with low altitude requirements for follow and avoidance of direct and indirect environmental hazards.