复杂环境下考虑动力学约束的翼伞轨迹规划

孙昊,孙青林,*,滕海山,周朋,陈增强

1. 南开大学 人工智能学院,天津 300350 2. 北京空间机电研究所,北京 100094 3. 航天科技集团有限公司 航天进入减速与着陆技术实验室,北京 100094

翼伞系统因其负载能力强、飞行稳定、飞行方向可控等优势[1-3],在航天器回收、物资空投[4-6]等军用、民用领域具有不可替代的重要作用。而在翼伞的主要应用中,必须实现精确的归航控制,确保翼伞可将负载中所搭载的物资安全投送至指定目标位置[7]。因此,需要在轨迹规划中计算出精确、可行的目标轨迹。

已有学者针对多种控制目标与约束条件,进行翼伞系统的轨迹规划研究。如文献[8]采用传统高斯伪谱法,针对控制量最优、精确着陆、迎风雀降等多约束条件,进行了翼伞归航任务中的轨迹规划研究；文献[9]所规划的轨迹均设定为参数可变的多条贝塞尔曲线,并重点研究了如何应用固定形状的轨迹消除回收落点误差的研究；文献[10-11]基于质点模型,采用蒙特卡洛仿真法计算大量规划轨迹,并通过对比分析,从中选取回收精度最高的轨迹；文献[12]则基于快速扩展随机树算法,在轨迹规划中考虑了较大风场的干扰；文献[13]探索了翼伞系统的分段轨迹规划策略,轨迹全部为标准直线或圆形；文献[14-15]采用虚拟结构法计算多个翼伞的目标轨迹,并基于李雅普诺夫稳定性设计引导策略,实现多翼伞编队；文献[16]采用一种线目标的规划策略,针对大型翼伞在空投回收中的分段轨迹规划进行了研究；……