基於模糊虛擬力的無人機航路規劃方法
2023-06-02 14:33:11 1
專利名稱：基於模糊虛擬力的無人機航路規劃方法
技術領域：
本發明涉及一種無人機的航路規劃方法，特別是一種基於模糊虛擬力的無人機航路規劃方法。
背景技術：
航路規劃是無人機領域的重要研究內容，航路規劃問題是在特定約束的條件下， 實時求取一條介於起始點與目標點間的最優或可行的航路，使得執行戰術任務的無人機能突防敵方的威脅環境，並在敵方防空區域內完成特定任務，同時保存自己，達到最佳的作戰效果。目前研究中，常採用基於虛擬力(VF)的航路規劃方法。該方法最初是專為快速移動機器人實時避障而設計的，可使機器人在障礙物之間快速、連續並且平穩地運動。其基本思想是將機器人作為工作空間的一個質點，在虛擬力的作用下移動。虛擬力函數通常定義為自由空間中來自目標點的引力與來自障礙物的斥力的疊加。虛擬力法的最顯著的特點是算法簡潔、實時性強。利用虛擬力方法的航路規划過程如下定義無人機航路規划過程為一個虛擬的無人機沿給定起始點和目標點的特定航路移動的過程。虛擬力分為兩部分來自規劃目標點的虛擬引力以及來自各威脅的虛擬斥力。虛擬力法航路規劃，其方向的改變取決於虛擬力的方向，因此基於虛擬力的航路規划過程可看成是一個混雜系統的優化問題。其中移動過程是連續的，方向改變是離散的。在這個混雜系統中，由於目標給定因此末態已知，而時間未知。混雜系統優化主要是解決航路規劃在何時進行切換來保證航路最優，代價最小。該混雜系統的演化規律可由如下微分動態方程表示
權利要求
1.一種基於模糊虛擬力的無人機航路規劃方法，其特徵在於包含以下步驟1)設置無人機航路規劃的初始條件，包括規划起始點、目標點、威脅分布及屬性；2)設置無人機航路規劃的迭代步長；3)設置規劃參數k，從而確定虛擬斥力係數與虛擬引力係數之間的關係，其中，k= Ge/ Ga, Ga表示虛擬引力係數，Ge表示虛擬斥力係數；4)進行航路規劃，航路規劃坐標變化量ΔΧ和Ay為
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於迭代步長應滿足δ<Η(1+β)，其中，Fkx =β xFAx，FEy = β yFAy 且為航路規劃當前點與航路規劃目標點之間距離的最大值。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於基於模糊邏輯推理，將k的確定規則採用模糊集合描述如下如果規劃航路所需飛行時間要求TmR低且平臺能力PCL弱，則k大； 如果規劃航路所需飛行時間要求TmR低且平臺能力PCL強，則k中； 如果規劃航路所需飛行時間要求TmR中且平臺能力PCL中，則k中； 如果規劃航路所需飛行時間要求TmR高且平臺能力PCL弱，則k中； 如果規劃航路所需飛行時間要求TmR高且平臺能力PCL強，則k小；最後採用重心法解模糊化得到k的數值。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於判斷是否進入局部極小準則為如果=O且沒有到達目標點，則規劃陷入局部極小，或者如果& = -Fn+1且沒有到達目標點，則規劃陷入局部極小；其中&為第N步規劃時虛擬斥力和虛擬引力的矢量和，Fn+1為規劃第N+1 步時虛擬斥力和虛擬引力的矢量和。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於如果進入局部極小，進行威脅合併的步驟為5. 1)根據任意兩個威脅所對應的規劃參數kp k2模糊推理得到兩個威脅間CritiDis為臨界間距；定義
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於對任意兩個威脅所對應的規劃參數1^1 進行模糊推理的步驟為如果Ic1大且Ii2大，則CritiDis大； 如果Ic1大且Ii2小，則CritiDis中； 如果Ic1小且Ii2大，則CritiDis中； 如果Ic1小且Ii2小，則CritiDis小。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於對所有威脅進行分組的步驟為.5.3)首先構造鄰接矩陣AdjM，該矩陣為方陣，且維數等於威脅的數量。矩陣中的元素可表示為AdjM[i] [j] = CmbVali,」，其中i，j為威脅編號；.5. 4)對鄰接矩陣AdjM進行搜索，從而得到威脅分組情況；其中， 第m個威脅組用鄰接向量AdjV[m]表示，AdjV [m]中第η個元素可表示為
全文摘要
為解決基於虛擬力航路規劃方法出現的局部極小問題，並實現規划過程中實時的自適應規劃參數設置，本發明採用基於模糊虛擬力(FVF)的無人機航路規劃方法，其採用貝葉斯網絡和模糊邏輯推理相結合進行實時的自適應規劃參數設置，並提出威脅合併法解決虛擬力法的局部極小問題。本發明的基於模糊虛擬力的無人機航路規劃方法包含以下步驟1)設置無人機航路規劃的初始條件，包括規划起始點、目標點、威脅分布及屬性；2)設置無人機航路規劃的迭代步長；3)設置規劃參數，從而確定虛擬斥力係數與虛擬引力係數之間的關係；4)進行航路規劃；5)判斷是否進入局部極小，若是，則進行威脅合併，若否，則繼續進行航路規劃直至目標點。
文檔編號G01C21/24GK102269593SQ201010187959
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月1日 優先權日2010年6月1日
發明者周銳, 李衛琪, 董卓寧, 陳宗基 申請人:北京航空航天大學