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1 绪论1绪论1.1 课题背景随着计算机技术、通信信息技术、自动化技术以及飞行控制技术的发展，现 代飞行任务也朝着执行更高的难度、更快的速度和更大的强度发展。无论是有人 驾驶或者是无人驾驶的飞行器，完成复杂的飞行任务都对驾驶员和操作人员的生 理和心理是一个极大的挑战。为了降低如掠海飞行，穿越峡谷等复杂环境下的飞 行危险性，一种有效的解决途径就是采用航迹规划（Flight Path Planning）技术结 合高速传输数据链以及自动驾驶技术让飞行器在既定的飞行航迹上自动的飞行。 航迹规划技术更加广泛的应用领域是在低空突防任务规划系统之中。低空突 防是随着近几十年来各种防空战略战术和防空系统的发展而出现的。它的核心思 想是利用地形回避（Terrain Avoidance）、地形防撞（Terrain Clearance）、地形跟随（Terrain Following）以及地形跟随/地形回避（Terrain Avoidance/Terrain Following）等技术来提高突防飞行器的战场生存率和完成给定任务的能力[3]。 地形跟随：飞行器按照一定的最小离地高度在低空随地形起伏轮廓作机动的飞行。这种突防方式，可利用地形地物以及地面杂波的遮蔽掩护，也可以以较短 的航程到达目的地域，是一种比较好的突防方式。地形跟随的示意图如图 1.1 所示：飞行轨迹地形高度图 1.1 地形跟随Fig.1.1 Terrain Following地形回避：飞行器在遇到像山峰等海拔较高的障碍物的时候采用绕飞的方式 越过。这种低空突防方式能降低飞行高度，有效的利用地形作为掩护，不易被敌 方发现，但是与地形障碍发生碰撞的可能性较大，另一方面，到达目标地域可能 需要绕飞较远的航程。地形回避的示意图如图 1.2 所示：1重庆大学硕士学位论文飞行航迹地形高度图 1.2 地形回避Fig.1.2 Terrain Avoidance地形跟随/地形回避：飞行器在不超过航程和飞行时间限制的情况下，综合地 形跟随、地形回避等机动动作，最大限度的隐蔽自己。这种突防方式具有良好的 综合能力，它能同时完成垂直平面和横向平面的机动，以最大的利用地形地物屏 障和地面噪声，是很好的低空突防方式。现代飞行控制以及精确导航定位系统技术的不断发展，利用全球定位系统进行 飞行器的定位，利用机载数字地图提供飞机前方的地形信息，利用最优航迹规划 技术进行航迹优化与地形跟随，这就形成了现代低空突防技术以及突防任务的初 步框架[4]。本课题的依托项目——空中管制系统仿真平台（一期）(项目代码：KES-W-0901）对飞行运动和姿态控制算法进行研究，实现了对飞机从起飞、爬升、 巡航、下降、近进、降落等全过程仿真。本课题正是基于该飞行仿真系统，研究 了大地域复杂环境的航迹规划算法，如图 1.3 所示：21 绪论地形模块态势分析 模块威胁模块机动性能 约束模块其他模块任务要求航迹规划 算法航迹规划 模块飞行仿真 系统飞行仿真 分析模块预飞行 评估报告图 1.3 航迹规划和评估系统Fig.1.3 The system of flight path planning and estimating本文着重研究该系统中的态势分析和航迹规划模块。1.2 低空飞行器随着科学技术的飞速发展，各种防空武器系统和战术思想日新月异，地面雷达和高超声速防空导弹以及防空高炮系统的性能不断地得到提升和改善，使得地 面防御能力不断地增强。这样一来，中高空渗透难度增加促使空中渗透作战的观 念从高空、中空而转向低空。在低空区域，由于地面的起伏和地球曲率对地磁波 的遮断以及地面杂波和各种电磁噪声的影响形成了地面雷达的盲区，雷达识别目 标的能力大大降低，从而缩短了雷达捕捉飞行器的有效距离，使敌方防御系统不 够充分的时间对突然出现的目标做出及时有效的反应。利用这一条件，这就使得 超低空突防飞行器能够有效的保护自己、攻击和打击摧毁敌方目标。适合低空超 低空突防如各种功能的无人机、巡航导弹以及直升机等飞行器在近 30 年来取得了 飞速的发展，在过去的几场局部战争中取得了令人耳目一新的战绩，并且还在朝 着更高的集成性等方向发展，以便具有更加灵活有效的战略战术来完成更多更复 杂的任务[5]。31.2.1 无人机的作用及特点无人机在有人机出现不久后就已经问世，一直到 20 世纪七十年代以前，无人机 的发展并不太引起人们的注意和重视，20 世纪 80 年代发生的那场中东战争，才真 正把人们的思维推入到了无人机时代。而在上世纪 90 年代初爆发的海湾战争更进 一步体现出了无人机的作用，在随后的南斯拉夫战争以及本世纪初美国在阿富汗 的反恐作战以及伊拉克战争中，无人机广泛的执行特种侦察，宣传甚至攻击任务， 取得了极大的成功，它已经成为了战场上不可缺少的角色