[发明专利]面向多导航站接力导航的运动体路径规划方法

摘要

本发明公开了一种面向多导航站接力导航的运动体路径规划方法，该方法是在考虑基站有效导航范围约束、导航交接约束和运动体曲率约束的前提下，为运动体规划出一条能够各种满足各种约束条件且快速从起点抵达终点的水平二维空间路径。本发明提出了路点角度编码方式，通过角度代替坐标来表达路点的位置，既压缩了搜索空间，又便于路径的表达和约束的处理；本发明采用部分编码方案，仅对路点的位置进行编码优化，朝向在其范围内随机生成，显著减小了计算代价，有利于路径规划效率的提高。本发明提供的面向多基站接力导航的运动体路径规划方法打破了单个基站导航范围小的局限，有效延伸了运动体的可控移动范围，可以解决海、陆、空不同情形多约束条件下运动体从起点到终点的路径规划问题。

主权项

一种面向多导航站接力导航的运动体路径规划方法，包括如下步骤：步骤1、输入路径规划信息，具体包括：运动体起点和终点位置信息、导航站导航范围约束信息、导航站导航交接约束信息和运动体曲率约束信息；所述导航站导航范围约束信息是指导航站中心的坐标及有效作用范围，即运动体从起点到终点的整条路径须全部位于导航圆内；所述导航圆表示导航站有效作用范围；所述导航站导航交接约束信息是指确保导航交接成功而设定的运动体在交接区域内的最短路径长度D；所述导航交接是指多个导航站之间移交运动体的导航权；所述交接区域是指两个导航圆之间的重叠区域；所述运动体曲率约束信息是指运动体最小转弯半径rtc；步骤2、随机生成初始路径种群；一条路径由起点位置、终点位置和中间路点的位置及朝向共同确定；所述中间路点是指除起点和终点之外的路点；其中，中间路点与中间路点之间采用Dubins的“CLC”路径连接；将中间路点设置在交接区域边界弧上，随机生成多条路径组成初始路径种群，其中，中间路点的位置在所属边界弧上随机生成，中间路点的朝向范围由其位置所决定，具体朝向在其朝向范围内随机生成；步骤3、评价路径:评价指标包括路径总长度和约束违反程度；所述路径总长度是指按照导航顺序依次连接起点、中间路点、终点所形成的全部路段长度之和；所述路段是指两个相邻路点之间的路径；所述约束违反程度是指导航交接约束违反程度，当运动体在交接区域内的路径长度大于或等于约束值时，约束违反程度为0，否则，约束违反程度为两者的绝对差；步骤4、记录初始种群的最优路径；若初始种群中存在约束违反程度为0的路径，则在约束违反程度为0的路径中选取路径总长度最短的那条路径作为初始种群的最优路径，若初始种群所有路径的约束违反程度均大于0，则选取约束违反程度最小的那条路径作为初始种群的最优路径；步骤5、采用差分进化算法优化路径；首先通过变异、交叉操作产生新路径，其中，变异和交叉操作仅作用于路点的位置，路点的朝向范围随其位置的改变而改变，朝向在其范围内随机生成；然后在新路径和旧路径中进行选择，留下较优的路径；选择操作的原则为：当两条路径的约束违反程度相等时，留下路径总长度较短的那条路径，当两条路径的约束违反程度不相等时，留下约束违反程度较小的那条路径；将选择操作留下的路径与之前记录的种群最优路径进行比较，比较方法与选择操作的原则相同，将两者中较优的一条作为当前种群的最优路径；基于当前路径种群，继续进行变异、交叉和选择操作并得到新的路径种群和最优路径，直到种群进化代数达到给定的最大进化代数时，终止循环过程，输出当前种群的最优路径，完成路径规划。