无人飞行器隐身突防航迹规划及飞行走廊构建方法研究

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无人飞行器因低成本、高机动性的优势,在制空权的争夺战中扮演着重要角色。防空体系的快速发展和完善给无人飞行器的生存带来巨大挑战,因此具有高突防能力的隐形化无人飞行器成为近些年研究的热点。以降低无人飞行器的雷达散射截面(RCS)为目的的材料隐身和外形隐身是常用的隐身技术。但是无人飞行器的结构复杂,隐身技术也无法完全消除散射源,无人飞行器仍然存在生存隐患。航迹规划是提高无人飞行器突防能力的重要一环,通过对无人飞行器的空间位置和飞行姿态进行统筹规划,令其以低RCS值的角度朝向雷达,降低其被雷达发现的概率。因此,本文聚焦于无人飞行器的突防航迹规划问题,从隐身突防航迹规划方法和隐身突防飞行走廊构建方法两个方面展开了深入研究,主要工作及创新点如下:无人飞行器隐身突防航迹规划问题的系统建模。结合无人飞行器的运动学模型和动态RCS特性,建立了雷达制导防御系统下的突防模型,引入无人飞行器的突防约束,并给出了无人飞行器的飞行环境约束与基本航迹约束,为后续突防航迹规划和飞行走廊构建打下基础。动态复杂环境下的隐身突防三维航迹规划方法。将无人飞行器的运动过程解耦为水平面内和高度方向上的运动,提出了基于通视性启发代价的稀疏A*隐身突防二维航迹规划方法和基于稀疏A*的垂直面突防航迹规划方法。给出了无人飞行器的姿态角计算方式及规划的航迹是否具有突防能力的判断方法,设计了更加合理的代价函数。仿真实验表明,在多种假定环境下所提出的方法均能快速规划出低可探测性的隐身航迹。隐身突防飞行走廊构建方法。针对突防航迹长度不等且飞行约束条件严格的特点,提出了基于形状距离的动态时间规整(SD-DTW)航迹相似性度量方法。并采用凝聚层次聚类算法将相似的突防航迹划分到同一个航迹簇中,实现隐身突防飞行走廊的构建。
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