飞行器三维路径规划

1.概述

空间管控问题是军航、民航、通航以及无人机航空业界备受关注的问题。随着飞行器数量越来越多，特别是随着低空领域的开放，空管压力越来越大。飞行器运动规律变化复杂，航路规划的计算遇到瓶颈，传统方法普遍以经纬度为基础，通过解算三维曲线方程加安全裕度的方法，来实现对空间对象的航路规划和管控，计算复杂度高，已无法适应飞行器快速增多的变化。方案基于北斗网格码进行三维路径的规划，有效降低计算复杂度，使空间管控更加实时、高效。

2.解决方案

用静态立体网格承载三维空间信息，时间维作为变量，将空间内有无人机的网格标记为1，没有的标记为0；在三维静止空间中，根据无人机之间安全飞行距离和飞行时间变量，找到任意一条和现有运动目标静止轨迹（时空轨迹）不相交的立体网格直线（曲线）区域，反向转换成无人机在三维立体空间的运动状态，即可规划出任意动态的无人机飞行路径，并能将飞行空域的利用率达到最大。

图1 三维路径规划示意图

图2 计算复杂度对比

3.优势特点

（1）将复杂的浮点运算问题变成一个空间网格的匹配问题，空间飞行规划计算效率提升10倍以上；

（2）保持空间计算效率的平衡，算法复杂度呈线性变化，不随空间对象的数量、分布及运动规律的变化而变化；

（3）空域利用率提升1倍以上；

（4）具有全空域性，支持整个地球空间的空间管控。