-
题名高空长航时太阳能无人机三维全覆盖航迹规划
- 1
-
-
作者
王茜
王翔宇
焦俊
张子健
张健
-
机构
江苏大学流体机械工程技术研究中心
中国科学院工程热物理研究所
-
出处
《北京航空航天大学学报》
北大核心
2025年第8期2735-2747,共13页
-
基金
国家自然科学基金(12002340)。
-
文摘
临近空间太阳能无人机(UAVs)具有超长航时的特点,可以有效解决传统无人机任务期间续航能力不足的问题,提出大跨时间空间场景下基于“点对面”覆盖任务的太阳能无人机三维(3D)路径规划方法,在能量获取及转换有限的情况下通过对太阳能与重力势能合理分配与调度实现任务效能的最大化。在建立太阳辐照模型、能量系统模型的基础上,采用分段能量管理策略对24 h跨昼夜任务周期进行能源分配与调度及飞行阶段划分,定义每个阶段的目标函数及边界条件,引入高斯伪谱法(GPM)求解该多阶段多目标最优控制问题。引入旋转卡壳算法(RCA)求解凸多边形区域全覆盖路径规划(CPP)问题,结合最大太阳辐照路径与最佳覆盖任务路径进行多目标优化,并与传统全覆盖路径规划算法进行对比验证;联合高斯伪谱法及旋转卡壳算法求解具有能量约束和任务约束的三维航迹规划问题。仿真结果表明:在随机任意生成的凸多边形区域内,所提方法在满足太阳能无人机昼夜能量闭环的基础上,平均太阳辐照功率提升了11.64%,全覆盖任务路径降低了10.9%,显著提高了太阳能无人机的任务效能,实现了能源效用的最大化。
-
关键词
全覆盖路径规划
能源管理与调度
多目标优化
高斯伪谱法
旋转卡壳算法
-
Keywords
complete coverage path planning
energy management and scheduling
multi-objective optimization
Gauss pseudospectral method
rotating calipers algorithm
-
分类号
V249.31
[航空宇航科学与技术—飞行器设计]
V249.122.3
[航空宇航科学与技术—飞行器设计]
-
