[發(fā)明專利]一種基于萬(wàn)有引力搜索的無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110349670.0
• 申請(qǐng)日: 2011-11-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102506863A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段海濱;李沛;羅琪楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01C21/24
• 分類(lèi)號(hào): G01C21/24
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛(ài)華

1.一種基于萬(wàn)有引力搜索的無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃數(shù)學(xué)模型的建立；

(1)無(wú)人機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的建立，利用一種確定性狀態(tài)空間搜索方法，減小規(guī)劃空間的規(guī)模，將無(wú)人機(jī)航路規(guī)劃問(wèn)題簡(jiǎn)化成為一個(gè)二維航路規(guī)劃問(wèn)題，即一個(gè)D維函數(shù)優(yōu)化問(wèn)題；

minJ=∫0L[kwt+(1-k)wf]ds---(1)]]>

式中，L表示航路的長(zhǎng)度；J表示廣義代價(jià)函數(shù)；w_t表示航路的威脅代價(jià)；w_f表示航路的燃油代價(jià)；系數(shù)k∈[0，1]表示安全性能和燃油性能的權(quán)衡系數(shù)，重視飛行的安全性，則k選擇較大的值，需要快速性，則k選擇較小的值；

(2)航路優(yōu)化性能指標(biāo)數(shù)學(xué)模型的建立，根據(jù)無(wú)人機(jī)任務(wù)的安全性能指標(biāo)和燃油性能指標(biāo)，對(duì)無(wú)人機(jī)的威脅代價(jià)建立數(shù)學(xué)模型；

wt,Lij=Lij55Σk=1Nttk*(1d0.1,k4+1d0.3,k4+1d0.5,k4+1d0.7,k4+1d0.9,k4)---(2)]]>

式中，L_ij表示連接節(jié)點(diǎn)i，j的長(zhǎng)度；d_0.1，k表示L_ij邊上0.1分點(diǎn)距第k個(gè)威脅源中心的距離；t_k表示威脅源的威脅等級(jí)；

步驟二：初始化改進(jìn)的萬(wàn)有引力搜索算法參數(shù)設(shè)置和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)設(shè)置；

參數(shù)設(shè)置為：種群規(guī)模M，優(yōu)化維數(shù)D，最大迭代次數(shù)NCmax，速度更新方程中c₁＝c₂，質(zhì)量更新權(quán)值最大值C_max，最小值C_min，威脅代價(jià)權(quán)值k；威脅區(qū)類(lèi)型包括雷達(dá)、火炮、導(dǎo)彈，其中火炮1火炮2雷達(dá)1雷達(dá)2和導(dǎo)彈的中心坐標(biāo)center，威脅半徑R，威脅等級(jí)為T(mén)；無(wú)人機(jī)任務(wù)起始點(diǎn)start和出發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)aim；

步驟三：隨機(jī)初始化N條路徑以及各個(gè)粒子的初始位置和加速度，建立旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將戰(zhàn)場(chǎng)威脅信息轉(zhuǎn)化到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的橫軸D等分；

步驟四：根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)上各個(gè)威脅的信息以及在步驟一中建立的戰(zhàn)場(chǎng)威脅數(shù)學(xué)模型，計(jì)算每一條路徑的威脅代價(jià)，得出各個(gè)粒子的適應(yīng)度值fitness，適應(yīng)度最好值best(t)，適應(yīng)度最壞值worst(t)，更新引力常數(shù)G(t)；

步驟五：按照下式基于權(quán)值的規(guī)則更新粒子的慣性質(zhì)量M_i(t)；

mi(t)=fitnessi(t)-worst(t)best(t)-worst(t)---(6)]]>

Mi(t)=(mi(t)Σj=1Nmi(t))Ki(t)---(7)]]>

這里，對(duì)每一個(gè)M_i(t)加上一個(gè)權(quán)值K_i(t)，K_i(t)的定義如下：

Ki(t)=CminMmin-CmaxMmaxMmin-Mmax-Mi---(5)]]>

式中，K_i(t)表示對(duì)第i個(gè)粒子的慣性質(zhì)量所加權(quán)值的大小；C_max和C_min分別表示權(quán)值的最大值和最小值；M_max和M_min分別表示慣性質(zhì)量的最大值和最小值；

步驟六：根據(jù)萬(wàn)有引力準(zhǔn)則計(jì)算各個(gè)粒子每個(gè)方向上的加速度的總和，按引入了PSO算法的群體信息的速度更新規(guī)則(3)對(duì)粒子速度進(jìn)行更新，即

vid(t+1)=randivid(t)+aid(t)=c1randj(pbestd-xid(t))+c2randk(gbestd-xid(t))---(3)]]>

式中，rand_i、rand_j、rand_k表示在[0，1]之間的隨機(jī)變量；c₁、c₂表示[0，1]之間的常量；p^d_best(t)表示粒子i經(jīng)歷過(guò)的最好位置；g^d_best(t)表示群體中所有粒子所經(jīng)歷過(guò)的最好位置；通過(guò)調(diào)節(jié)c₁、c₂的值，平衡引力和記憶以及社會(huì)信息的對(duì)搜索的影響；

步驟七：根據(jù)每個(gè)粒子更新后的速度對(duì)粒子的位置進(jìn)行更新，按照優(yōu)勝劣汰的選擇操作規(guī)則(4)更新粒子的位置，即

式中，newⁱ_t表示粒子i在第t代更新之后的位置；currentⁱ_t表示粒子i在第t代更新之前的位置；表示粒子在第t代執(zhí)行選擇操作之后的位置；

步驟八：若迭代次數(shù)大于最大迭代次數(shù)NC_max，則退出循環(huán)；否則，返回步驟四進(jìn)入下一迭代；將最終得到的最優(yōu)航路坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)反變換，并輸出航路規(guī)劃結(jié)果。