Trajectory planning for autonomous unmanned air vehicles

Abstract AR

إن الطائرات بدون طيار UAVs ستصبح في المستقبل أكثر خطورة و فعالية عنها الآن، حيث تستخدم كمنصات إطلاق توجه عن بعد.

و الاتجاه الحالي هو استخدامها في مهام هجومية، و هذا يشكل تحديا لأسباب عدة منها حاجاتها لتخطيط المسارات لها.

و هذه المسارات لابد أن تكون على درجة من التخفي من الإجراءات المضادة و هي الرادارات المعادية و الصواريخ المضادة للطائرات.

كما أنها يجب أن تقلل التكلفة إلى أقصى حد ممكن.

و هذه التكلفة هي دالة في كلا من طول المسار و مدى التهديد الذي يتعرض له، و تصبح هذه المشكلة أكثر تعقيدا إذ كانت لسرب من عدة طائرات موجه لعدة أهداف.

و هناك العديد من التقنيات المنشورة لتخطيط المسارات مثل : تحديد الخلايا، و خارطة الطريق، و شدة المجالات، و تقنيات التعظيم.

و كل منها تعاني من عيوب خطيرة مثل : الوقوع في قمة صغرى محلية –طول زمن احتساب المسارات– طول وقت عملية البحث فيها عن المسار الأمثل تتناسب بطريقة تسلسلية و غير محددة مع مفردات المشكلة، كما أنه ليس هناك ضمان لوجود حل أمثل أو قريب منه.

و هذا البحث يشرح طريقة جديدة لتوليد المسار لوحدة UAV مكلفة بهدف محدد.

وهذا المسار يختار من بين المسارات الممكنة كلها بدءا من موقع البدء لل UAV و حتى الهدف.

و يعتمد تخطيط هذا المسار على اعتبار دائرة آمنة حول كل موقع للصواريخ المضادة للطائرات SAMs و هي دائرة لا يمكن الطيران فوقها، و قطر هذه الدائرة هو المدى الفعال لهذا الموقع إضافة إلى نسبة زيادة للأمان.

و هذا المدى الفعال يختلف من موقع إلى أخر، و تعتبر المماسات لهذه الدوائر بدء من موقع UAV إلى الهدف أحد مفاصل مسار محتمل (إذا كان هذا المفصل مسموحا به بمعنى أن لا يمر فوق أي من مواقع عدم الطيران).

و من كل نقاط التماس يتم استنتاج مجموعة أخرى من المماسات للمواقع التي ما زالت تقع في الطريق إلى الهدف.

كما يتم دوران المسار حول هذه المواقع إذا لزم الأمر لتصبح الطائرة مواجهة ناحية الهدف، و من نهاية نقطة الدوران هذه يتم إعادة تخطيط مجموعة أخرى من المسارات للمواقع التي ما زالت بين هذه النقطة و الهدف، و بذلك تتشكل مفاصل جديدة للمسارات متصلة بالمجموعة الأولى، و يتكرر هذا التوليد للمفاصل حتى تصل جميع المسارات ذات المفاصل الممكنة إلى الهدف.

و أثناء ذلك يحتسب طول و موقع كل مسار كما يحتسب التهديد الواقع نتيجة إمكانية اكتشافها بالرادارات المعادية باحتساب قيمة هذا التهديد عند ثلاث نقاط على كل مفصل من مقاصل المسار.

و إجمالي الأطوال لمفاصل المسار يمثل طول المسار كما أن إجمالي التهديد على مفاصل مسار يمثل التهديد الواقع على المسار كله.

و من ثم يمكن احتساب تكلفة كل مسار كدالة في طوله و التهديد الواقع عليه.

و من بين المسارات الممكنة جميعها يختار البرنامج أقل المسارات تكلفة أي أقلها طولا و تهديدا.

و قد تم تطبيق نفس البرنامج على مجموعة من UAVs مكلفة بمجموعة من الأهداف المحددة لها.

حيث تزداد المشكلة تعقيدا، إلا أن البرنامج له العديد من المميزات و التي تجعله قادرا على أن يتم هذا التخطيط و إعادة التخطيط أثناء الطيران على العكس من كل الطرق السابقة.