Un método de planificación de rutas A* coordinado en el tiempo basado en una solución de reentrada analítica para vehículos hipersónicos deslizantes, considerando la restricción de zonas prohibidas
Autores: Xie, Zihan; Wei, Changzhu; Cui, Naigang; Guan, Yingzi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un método de planificación de rutas A* coordinado en el tiempo basado en una solución de reentrada analítica para vehículos hipersónicos deslizantes, considerando la restricción de zonas prohibidas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Vehículos hipersónicos de deslizamiento coordinados en el tiempo
Método de planificación de rutas A*
Restricciones
Estados terminales
Viabilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Para cumplir con el requisito de coordinación temporal de los vehículos hipersónicos de planeo para alcanzar un único objetivo simultáneamente en presencia de restricciones de zonas de no vuelo, este documento propone un método de planificación de rutas A* coordinado en el tiempo considerando múltiples restricciones. El método de planificación de rutas está diseñado basado en un modelo analítico de trayectoria de planeo estable y el marco del algoritmo A*. En primer lugar, se diseña un modelo analítico de trayectoria de planeo estable basado en un perfil de altitud-velocidad de tipo función cuadrática. Este modelo puede derivar los comandos de control explícitamente de acuerdo con la altitud y velocidad terminal deseadas, estableciendo así un mapeo entre los estados terminales y los comandos de control. En segundo lugar, se mejora el método de extensión de nodos del algoritmo A* basado en el mapeo. Tomando los estados terminales como nuevas variables de diseño, se produce un conjunto de nodos de ruta factibles mediante una integración de un paso utilizando los comandos de control derivados de acuerdo con diferentes estados terminales. Este método de extensión de nodos asegura la viabilidad de los nodos de ruta mientras satisface las restricciones terminales. A continuación, se modifica la función de evaluación de ruta del algoritmo A* introduciendo un término heurístico de conmutación para seleccionar el nodo más adecuado como un punto de paso, con el objetivo de minimizar la desviación del tiempo de llegada. Mientras tanto, la introducción de elementos de penalización en la función de evaluación de ruta satisface las restricciones de zonas de no vuelo, las restricciones de proceso y las restricciones de variables de control. Finalmente, se propone un método coordinado en tiempo en línea para determinar un tiempo de llegada comúnmente deseado para varios vehículos hipersónicos de planeo. Esto elimina la necesidad de especificar el tiempo de llegada por adelantado y mejora la capacidad de lidiar con amenazas repentinas, aumentando la capacidad de aplicación en línea del método de planificación de rutas. El método propuesto puede lograr una planificación de rutas en línea coordinada en el tiempo y con múltiples restricciones para varios vehículos hipersónicos de planeo, cuya efectividad y superioridad se verifican mediante simulaciones.
Descripción
Para cumplir con el requisito de coordinación temporal de los vehículos hipersónicos de planeo para alcanzar un único objetivo simultáneamente en presencia de restricciones de zonas de no vuelo, este documento propone un método de planificación de rutas A* coordinado en el tiempo considerando múltiples restricciones. El método de planificación de rutas está diseñado basado en un modelo analítico de trayectoria de planeo estable y el marco del algoritmo A*. En primer lugar, se diseña un modelo analítico de trayectoria de planeo estable basado en un perfil de altitud-velocidad de tipo función cuadrática. Este modelo puede derivar los comandos de control explícitamente de acuerdo con la altitud y velocidad terminal deseadas, estableciendo así un mapeo entre los estados terminales y los comandos de control. En segundo lugar, se mejora el método de extensión de nodos del algoritmo A* basado en el mapeo. Tomando los estados terminales como nuevas variables de diseño, se produce un conjunto de nodos de ruta factibles mediante una integración de un paso utilizando los comandos de control derivados de acuerdo con diferentes estados terminales. Este método de extensión de nodos asegura la viabilidad de los nodos de ruta mientras satisface las restricciones terminales. A continuación, se modifica la función de evaluación de ruta del algoritmo A* introduciendo un término heurístico de conmutación para seleccionar el nodo más adecuado como un punto de paso, con el objetivo de minimizar la desviación del tiempo de llegada. Mientras tanto, la introducción de elementos de penalización en la función de evaluación de ruta satisface las restricciones de zonas de no vuelo, las restricciones de proceso y las restricciones de variables de control. Finalmente, se propone un método coordinado en tiempo en línea para determinar un tiempo de llegada comúnmente deseado para varios vehículos hipersónicos de planeo. Esto elimina la necesidad de especificar el tiempo de llegada por adelantado y mejora la capacidad de lidiar con amenazas repentinas, aumentando la capacidad de aplicación en línea del método de planificación de rutas. El método propuesto puede lograr una planificación de rutas en línea coordinada en el tiempo y con múltiples restricciones para varios vehículos hipersónicos de planeo, cuya efectividad y superioridad se verifican mediante simulaciones.