基于空域结构自适应拓扑的固定翼VTOL飞行器低空航迹规划方法

杨剑挺; 黄群邦; 刘擎旗; 李世林; 赛颖

交通信息与安全 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (3) : 141 -153.

杨剑挺, 黄群邦, 刘擎旗, 李世林, 赛颖

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摘要

在当前空中交通管理体系中，基于均匀栅格的飞行器航迹规划方法广泛应用，但存在局限性。空域的均匀栅格划分无法自适应匹配空域的障碍物变尺度分布，导致特定空域航迹规划效率较低、计算代价较大，且在动态变化的空域环境中，航迹动态调整效率难以满足实际需求。针对以上问题，研究空域网格尺度自适应拓扑算法，根据障碍物分布特点实现空域的自适应Delaunay三角划分，并能够实现空域结构随着障碍物的动态调整快速高效局部重构；进一步基于空域结构自适应拓扑构建航迹搜索网络，采用A*算法在搜索网络上搜索初始航迹，针对初始航迹较长，折角尖锐的问题，设计了1种航迹实效化算法，通过局部检测优化航迹，使其转弯处圆弧过渡，不符合要求的圆弧，通过调整安全边界半径进行优化，以契合固定翼垂直起降飞行器（vertical take-off and landing,VTOL）飞行器运行特性。具体算例仿真结果表明空域网格尺度自适应拓扑算法能够使空域栅格数量减少69.33%，显著压缩搜索空间；航迹实效化算法能够使航迹长度缩短8%～15%，且航迹的光滑度显著提升，有效降低飞行控制难度与能耗。综上所述，本文的研究为固定翼VTOL飞行器的低空航迹规划提供了1种高效、实用的解决方案。