[发明专利]一种无人机路径规划方法

权利要求书

1.一种无人机路径规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：参数设置：选取合适的无人机，设置任务无人机的飞行与能量相关参数，设置任务无人机的监测中心与各巡航监测点坐标，设置每个巡航点的基本监测时间，设置任务无人机摄像头的视频回传质量参数，设置应用场景的无线信道的路径损耗模型；

选择国际标准组织3GPP所提供的该场景下的无线信道模型，即路径损耗和阴影效应模型；

具体数学模型如下：

无人机与地面监测中心形成了空对地信道模型，其视距传输(LOS)和非视距传输(NLOS)路径损耗模型为：

其中，r_i是监测点i到检测中心的传输距离，A^L和A^NL分别为视距传输和非视距传输的路径损耗，α^L和α^NL分别为对应的路径损耗指数，它们的经验取值在3GPP中可以查到；

步骤2：得到飞行里程：利用提前设置的每个巡航点的坐标，计算无线信道的平均路径损耗，利用视频回传质量参数，以及该巡航点的路径损耗值，计算无人机在每个巡航点所需要盘旋的时间，并将在此盘旋时间内由于盘旋和无线视频信号发射所需要消耗的无人机电池能量转化为无人机等效的飞行里程；

利用每个监测点与监测中心的距离，得到在每个监测点进行无线视频回传时的平均路径损耗；

即利用路径损耗模型和线性模型的公式，得到：

若无人机视频的发射功率为P^T，则经过路径损耗，监测中心所收到每个点的功率为：S_i＝P^Tξ_i

根据信道容量的计算公式，无人机在每个监测点的视频传输速率为：

其中，B为传输带宽，σ²为高斯噪声功率；

计算无人机在每个巡航点所需要盘旋的时间，并用T_i表示在监测点i所需要的监测时间，则其数学表达为：

根据无人机在每个监测点的盘旋时间T_i，无人机盘旋功率P^H以及信号发射功率P^T，可算出其在i监测点进行监测时所消耗的能量E^H_i：

根据无人机的推进功率P^F，计算出无人机从监测点i到监测点j，所需要消耗的飞行能量：

步骤3：初步规划：根据无人机所携带的能量限制，在保证实时视频回传质量的情况下，使用遗传算法对执行任务的无人机进行检测路径的规划，以最小化无人机的能量消耗为目标得到无人机完成检测任务所需要的最少起飞次数，以及每次飞行的具体巡航路径；

根据优化目标和约束条件，建立优化问题的数学模型，将巡航的起飞次数记成集合V＝{k:1，2......K}，若第k次起飞的巡航过程中，无人机从i点飞向了j点，则δ^k_i，j＝1；否则，δ^k_i，j＝0，得到如下具体数学表达：

公式是目标函数，表示在K次飞行中，无人机所消耗的能量要最少，也就是说无人机飞行的路劲最短；

表示在K次飞行中，每个监测点有且只有被检测一次；

表示每次飞行都需要在监测中心起飞；

表示每次飞行最后都要回到监测中心；

表示第k次飞行无人机消耗的能量＝监测点i到监测点j的能量消耗+每个监测点i盘旋时消耗的能量；第k次飞行的能量要小于等于本次无人机携带的能量；

步骤4：最佳规划：根据优化目标和约束条件，建立优化问题的数学模型，利用遗传算法解决上述的优化问题，并得到最佳的飞行路径规划。

2.根据权利要求1所述的一种无人机路径规划方法，其特征在于：所述在步骤1中，执行任务无人机的参数，包含无人机的电池总能量，执行任务的飞行高度、速度、推进功率、盘旋功率、无线视频数据发射功率，还包括各个巡航检测点的三维坐标，以及各点之间的距离以及它们与起飞中心点之间的距离，还包括每个巡航监测点完成各部分监测所需要的基本时间，需要回传的实时视频的码率或清晰度要求，以及执行巡航检测任务的无人机数量。