احتساب خطاي ناوبري در طراحي مسير پروازي بهينه و مقيد بر فراز عوارض زمينيبراي پرنده‌هاي بدون سرنشين

Considering Navigation Error in the Constraint Optimal Trajectory Design over Terrains for Unmanned Aerial Vehicles

در اين مقاله، به مساله تاثير خطاي ناوبري در طراحي مسير پرنده هاي بدون سرنشيني كه ملزم به پرواز برفراز عوارض زميني در ارتفاع پايين هستند پرداخته شده است. با توجه به اينكه سيستم‌هاي ناوبري اينرسي مشكل افزايش انحراف برحسب زمان دارند، داشتن پرواز ايمن و بدون برخورد با عوارض زميني در ارتفاعات پايين، از نكات اساسي طراحي مسير اينگونه پرنده‌ها تلقي مي‌شود. از طرف ديگر، بعضي پرنده‌ها از تِركام به عنوان سيستم كمك ناوبري استفاده مي‌كنند. اين سيستم در مناطق ناهموار كارايي بيشتري دارد و لذا تامين الزامات آن در كنار قيود ديگر كار پيچيده‌اي است. در اين مقاله تلاش شده محددوديت‌هاي فوق در فرايند طراحي مسير لحاظ شود. براي اين منظور، از الگوريتمي مبتني برشبكه جريان لايه اي روي نقشه-هاي ديجيتالي عوارض زميني استفاده شده كه قابليت بالايي در پذيرش انواع قيود داشته و مسيري بهينه و قطعي توليد مي كند. بنابراين با بكارگيري معادلات ديناميك حركت سه بعدي پرنده در فضاي گسسته همراه با قيود ديناميكي و معيارهاي بهينگي مختلف، مدل كاملي از خطاي ناوبري و همچنين پارامترهاي تاثيرگذار تركام در الگوريتم مزبور اضافه شده تا مسير شدني توليد كند كه احتمال برخورد به عوارض به صفر كاهش يابد، ضمن اين كه الزامات تركام را تامين كند. الگوريتم حاصل با اعمال شرايط اوليه و در كمترين زمان ممكن، مسير مزبور را توليد مي‌كند. نتايج عددي، صحت اين مساله را نشان مي‌دهد.

In this paper, the problem of the navigation error effect for the optimal and constraint Trajectory de of the UAVs that are required to fly at low altitude over terrains has been discussed. Due to the increasing deviation problem of inertial navigation systems in terms of time, having a safe flight and collision avoidance with terrain at low altitude is the main point in the trajectory design of this type of the vehicles. On the other hand, some of these vehicles use Terrain Contour Matching (TERCOM) as a navigation aiding system. This system is more efficient in rough terrains, and providing the requirements of this system beside other constraints is a complex task. In this paper is tried to meet these constraints in the trajectory design process. For this purpose, an algorithm based on the layered network flow on the digital terrain maps used in a manner that has a high potential in adoption of various constraints and optimal trajectory is generated. Then, using equations of motion on a terrain digital data in 3D space with the dynamical constraints and different optimality criteria, a complete model of navigation error and also parameters affecting TERCOM has been developed to generate feasible path reducing terrain collision probability to zero. The resulting algorithm applying initial conditions and in the least time possible, produces the trajectory. Numerical results show validity of this issue.