[發明專利]面向變化環境的超低空飛行器三維多批多航跡規劃方法

有效

• 申請號: 201710049692.2
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106815443B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 陳晨;吳嘯塵;陳杰;丁舒忻;彭小迪;張明陽;王韞卓
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01C21/20
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安,高燕燕

1.一種面向變化環境的超低空飛行器三維多批多航跡規劃方法，其特征在于，所述超低空的飛行高度低于200米；具體包括如下步驟：

步驟一、根據超低空飛行器的特點以及約束條件，在仿真軟件中建立目標模型；

步驟二、根據已知的地理環境，采用柵格化的方法，創建三維的地理環境矩陣；根據已知的敵防空部署位置信息，建立與地理環境矩陣相同規模的飛行空域威脅度矩陣，同時將火力覆蓋區域內各離散位置的威脅度存入矩陣相應位置；

步驟三、根據地理環境矩陣與飛行空域威脅度矩陣，以及步驟一中獲得的目標模型，首先使用蟻群算法進行初始可行航跡搜索，再通過粒子群算法進行深度航跡搜索，在規定的始末點之間對當前批次各飛行器的初始航跡進行規劃，每個飛行器獲得一條初始航跡；之后在已知的地理環境加入未知山峰威脅，并讓飛行器在此環境中按照初始航跡進行模擬飛行，并在遇到未知威脅或火力攻擊威脅時，實時更新自己的地理環境矩陣與威脅度矩陣；并將更新后的地理環境矩陣與威脅度矩陣發送至地面，地面根據接收到的所有更新內容，統一對當前的地理環境矩陣與威脅度矩陣進行更新；

步驟四、在按照規劃的初始航跡的模擬飛行過程中，若每個飛行器均被擊落，則返回步驟三，根據更新之后的地理環境矩陣與威脅度矩陣，重新進行下一批飛行器的航跡規劃，否則至步驟五；

步驟五、若有抵達終點的飛行器且完成最終任務，則仿真結束；若未完成最終任務則返回步驟三，根據更新之后的地理環境矩陣與威脅度矩陣重新進行下一批多個飛行器的初始航跡規劃；直至最后一批飛行器飛行結束之后，無論任務是否完成，仿真均結束。

2.如權利要求1所述的超低空飛行器三維多批多航跡規劃方法，其特征在于：所述步驟三中模擬飛行的具體方法為：

第1步、預先建立一個用于表征未知山峰威脅的曲面表達式，并按照地理環境矩陣的規模進行柵格化，得到山峰矩陣，值為0代表存在山峰，1代表不存在山峰；

第2步、飛行器在按照初始航跡飛行過程中，若未遇到未知山峰威脅，則按初始航跡飛行；若探測到第1步中未知的區域存在未知山峰威脅，此時，飛行器將自動繞行，并將山峰矩陣中所有值為0的位置對應到地理環境矩陣的各位置；將所述地理環境矩陣的各位置處的1變成0，并作為斥力點；完成更新；

第3步、將初始航跡中所有未到達的航跡點作為引力點；之后，獲得各引力點的引力，斥力點的斥力以及引力和斥力所產生的合力；

第4步、將獲得的合力作用于飛行器上，使飛行器在合力的方向上推進一個步長；

第5步、當在合力作用下，如果飛行器回到初始航跡，道中航跡修正結束，飛行器將沿參考航跡繼續飛行；否則，重新計算各引力點和斥力點對飛行器產生的引力和斥力，并最終獲得合力，將重新獲得的合力作用于飛行器上進行修正，直至回到初始航跡后，道中航跡修正結束，飛行器將沿參考航跡繼續飛行；

根據實際的火力攻擊威脅進行更新的方法為：

若飛行器在飛行過程中遭遇敵方防空火力打擊，則根據來襲方向判斷大致的攻擊位置，獲得該攻擊位置相對于飛行空域威脅度矩陣的位置點；并根據飛行器遭遇攻擊的位置與敵部署位置之間的距離S，再加上在0.5千米至1千米范圍內生成的隨機距離△S作為敵攻擊半徑，獲得所述位置點的威脅度，并更新威脅度矩陣。

3.如權利要求1所述的面向變化環境的超低空飛行器三維多批多航跡規劃方法，其特征在于，步驟一中所述約束條件包括地理與威脅約束、飛行器特性約束和多飛行器協同航跡約束；其中，飛行器特性約束又包括最大航程約束、最大轉角約束和最低飛行高度約束。