[发明专利]一种无人机三维航迹多目标粒子群全局规划方法

说明书

本发明公开了一种无人机三维航迹多目标粒子群全局规划方法，包括以下步骤：(1)根据飞行环境建立环境模型，对无人机的飞行环境进行处理时，采用数字地图技术；(2)根据步骤(1)建立的环境模型建立航迹规划模型；(3)将粒子群优化技术用于步骤(2)所述航迹规划模型，给出一种改进的少控制参数的多目标骨干粒子群全局航迹规划算法。本发明具有如下优点：建立了无人机三维全局多目标航迹规划模型，给出了航迹长度代价、威胁代价和隐蔽性代价三种指标函数，以及相应的约束需求，提出了一种少控制参数的多目标粒子群全局规划方法，增强了规划路径的实用性。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种无人机三维航迹多目标粒子群全局规划方法。

背景技术

航迹规划是指在规定的约束条件下，规划出一条从起点到目标点符合飞行器自身性能的、付出代价最少的飞行路径。近年来，随着无人机在军事领域的广泛关注，其航迹规划系统的性能在不断地完善。具体而言，无人机航迹规划主要是指在没有人工干预的情况下，无人机根据自身性能、外部环境干扰因素以及其他动力学或运动学约束条件，规划出最优飞行航迹，确保它安全高效地完成所分配的任务。航迹规划是无人机自主系统中的重要组成部分，优质的航迹规划方法不但可以降低无人机的燃油损耗，而且提高其生存能力。

一般情况下，无人机应用于各种复杂多变的地形，不仅制约因素多，而且目标函数之间相互耦合，对航迹规划系统规划出的路径质量要求高。为了使无人机在飞行过程中更加灵活应变，多数航迹规划系统会进行分层规划，分为全局航迹规划和实时航迹规划。全局航迹规划是指在无人机起飞之前，综合整理各种已知情报信息，利用地面站强大的计算能力，规划出无人机飞行的整体路径，并将其输入到无人机的机载计算机中。无人机的全局航迹规划为实时航迹规划提供了参考基准，使得无人机在进行实时航迹调整时，搜寻范围减少，快速优化飞行航迹。

无人机的广泛应用，使得其航迹规划问题成为研究热点。相对传统的二维航迹规划问题，由于搜索空间变大，无人机三维航迹规划问题变得比较困难。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种无人机三维航迹多目标粒子群全局规划方法。本发明研究无人机三维全局航迹规划模型及其多目标粒子群求解算法。首先，考虑航迹长度代价、威胁代价、隐蔽性代价指标以及障碍物避碰约束，建立三维全局航迹规划模型；然后，将粒子群优化技术用于求解上述模型，提出了一种改进的多目标骨干粒子群全局路径规划算法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种无人机三维航迹多目标粒子群全局规划方法，包括以下步骤：

(1)建立环境模型：根据飞行环境建立环境模型，对无人机的飞行环境进行处理时，采用数字地图技术，所述数字地图技术将地形连续高度进行离散，以数字的形式存储于栅格之中，栅格之间的距离大小根据实际问题的需要进行精度的划分；通过数字地图技术获取到无人机飞行区域范围内的自然地形信息、经过等效地形处理的威胁信息的中心位置以及威胁物的威胁范围。

(2)建立航迹规划模型：在步骤(1)所建立环境模型基础上建立航迹规划模型，利用建立代价函数来模拟无人机在飞行过程中的适应函数，用来评价粒子的适应值，对无人机航迹性能进行评价，并考虑最小飞行高度和航迹穿过山体限制因素，其中最小飞行高度根据地面物体的最高高度设定；

(3)基于多目标骨干粒子群优化的全局航迹规划：基于多目标骨干粒子群优化算法，提出粒子编码、约束处理策略和算法执行步骤，优化步骤(2)中航迹规划模型，求取规划无人机的全局航行路线；在多目标骨干粒子群优化算法基础上，给出一种多节点粒子编码策略，将连续域的问题映射到离散域上，一个粒子代表一条无人机飞行路径或航迹，一条路径由m个节点共同确定；在航迹规划时，必须考虑航迹中存在的约束，并在算法中给出相应的约束处理策略，从最终产生的一组Pareto最优解中，选择一个最好的折中解提供给决策者使用。