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real-time trajectory planning for UCAV air-to-surface attack using inverse dynamics optimization method and receding horizon control

引用

Chinese Journal of Aeronautics 2013年第4期26卷 1038-1056页

作者： Zhang Yu Chen Jing Shen Lincheng College of Mechatronics Engineering and Automation National University of Defense Technology

This paper presents a computationally efficient real-time trajectory planning framework for typical unmanned combat aerial vehicle （UCAV） performing autonomous air-to-surface （A/S） attack. It combines the benefits of inverse dynamics optimization method and receding horizon optimal control technique. Firstly, the ground attack trajectory planning problem is mathematically formulated as a receding horizon optimal control problem （RHC-OCP）. In particular, an approximate elliptic launch acceptable region （LAR） model is proposed to model the critical weapon delivery constraints. Secondly, a planning algorithm based on inverse dynamics optimization, which has high computational efficiency and good convergence properties, is developed to solve the RHCOCP in real-time. Thirdly, in order to improve robustness and adaptivity in a dynamic and uncer- tain environment, a two-degree-of-freedom （2-DOF） receding horizon control architecture is introduced and a regular real-time update strategy is proposed as well, and the real-time feedback can be achieved and the not-converged situations can be handled. Finally, numerical simulations demon- strate the efficiency of this framework, and the results also show that the presented technique is well suited for real-time implementation in dynamic and uncertain environment.

关键词： air-to-surface attack direct method inverse dynamics motion planning real time control receding horizon control trajectory planning unmanned combat aerial vehicles

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