摘要:【背景】随着低空飞行活动的日益增多以及无人机系统故障率的居高不下，无人机系统具备高可靠性的应急着陆能力显得尤为重要。【目标】在复杂城市空域中，针对突发状况下多旋翼无人机的自主应急着陆安全性问题，提出了一种在ICAROUS框架下面向应急决策的分层轨迹优化方法。【方法】该方法融合了高层路径规划与低层速度剖面优化模型，旨在实现多旋翼无人机在应急情形下的高效自主安全着陆。高层模块采用 A*算法结合爬升代价以及飞行风险评估构建初始应急规划路径，并通过贝寨尔曲线进行平滑重构:低层优化环节引入马尔可夫决策过程(MDP)模型，构建路径段和速度的状态空间，以加速度为动作，设置合适的奖励函数和状态转移概率，采用值迭代算法求解最优速度剖面。【结论】仿真结果表明:相比于ICAROUS中的路径规划算法，提出的应急规划算法能在多个候选着陆点中权衡距离、风险与爬升代价，在风险维度上减小了28.8%，实现了风险可控的最优着陆点选择与路径生成;相比于 SOP和 PSO，提出方法所生成的速度剖面具有更佳的平滑性和能耗效率，并且飞行时间分别降低了 10.7%与26.8%，平均速度波动都减少超过 60%，有效提升了飞行安全性与能耗控制能力。【应用】该方法适用于多种城市低空飞行场景下的无人机应急规划，有效支持无人机在应急情形下的合理决策，可为城市空中交通管理系统中的飞行安全保障提供技术支撑。
关键词:航空运输;轨迹优化;马尔可夫决策过程;多旋翼无人机;应急着陆;A*算法;