طراحي چندهدفي مسير نشست اضطراري يك هواپيما بر اساس پايه‌هاي حركتي

Multi-Objective Emergency Landing Trajectory Design Based on Motion Primitives

اين مقاله يك روش كارآمد براي تعيين وزن ­هاي توابع هزينه در مسئله بهينه­ سازي چند هدفي مسير هواپيما با بال چپ آسيب ديده در حضور موانع ارائه مي­ كند. براي طراحي مسير بر اساس روش ارائه شده توابع هزينه مختلف شامل دوري از موانع، انديس ارزش ايمني و الزامات نشست ايمن مانند موقعيت و جهت باند، سرعت و زاويه گلايد تعريف مي­ شود. براي طراحي مسير از استراتژي ميدان پتانسيل براي توليد مسير نشست استفاده مي ­شود. الگوريتم طراحي مسير از پايه ­هاي حركتي هواپيماي آسيب­ ديده شامل شرايط تريم و مانور بين شرايط تريم براي طراحي مسير استفاده مي­ كند. در بهينه­ سازي چند هدفي (چندين تابع هزينه)، توابع هزينه معمولا در تقابل و يا تضاد با يكديگر هستند كه مانع بهينه ­سازي همزمان از ديدگاه تمامي توابع هزينه مي­ شود. با توجه به تعريف توابع هزينه مختلف براي طراحي مسير در اين مقاله، وزن­ هاي بهينه بر اساس آناليز پرتو و مقايسه دو به دو توابع هزينه نرماليزه شده استخراج مي ­شود و تابع هزينه كل بر اساس روش جمع وزن­ دار تعريف مي­ شود. نتايج شبيه ­سازي موثر بودن روش پيشنهادي براي انتخاب وزن­ هاي توابع هزينه در توليد مسير نشست ايمن را نشان مي­ دهد.

This paper presents an efficient approach to determine cost criteria weights in multi-objective optimization (MOO) problem of a left wing damaged airplane trajectory generation in proximity to local terrain. Different cost criteria including terrain avoidance, Safety Value Index (SVI), and safe landing requirements such as touchdown heading and position, airspeed, and glide slope are defined. A potential field strategy is utilized to rapidly generate emergency landing trajectories based on a library of the damaged airplane motion primitives including trim states and transition maneuvers between the trim conditions. For multiple-objective problems, the objectives are generally conflicting, preventing simultaneous optimization of each objective. Considering multiple objectives in trajectory planning in this paper, the optimum weights of each cost function is derived using Pareto analysis and pairwise comparison of normalized costs and the total cost is defined based on weighted sum method. Simulation results demonstrate the effectiveness of weight selection based on the proposed method to autonomously plan safe landing trajectories.