[發(fā)明專利]一種多無人機(jī)跟蹤多機(jī)動(dòng)目標(biāo)的協(xié)同路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710234961.2
• 申請(qǐng)日: 2017-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN106873628B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 竇麗華;高源;辛斌;陳杰;漆鳴鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10;G05D1/12
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 劉芳;仇蕾安

1.一種多無人機(jī)跟蹤多機(jī)動(dòng)目標(biāo)的協(xié)同路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：初始化無人機(jī)和多機(jī)動(dòng)目標(biāo)的參數(shù)信息；

步驟2：通過交互多模型濾波器對(duì)多個(gè)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的軌跡進(jìn)行跟蹤，預(yù)測下一個(gè)采樣時(shí)刻各個(gè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，包括各個(gè)目標(biāo)的位置坐標(biāo)和速度；

步驟3：綜合考慮目標(biāo)威脅度影響因素，利用層次分析法計(jì)算下一時(shí)刻各個(gè)目標(biāo)的威脅度；

步驟4：基于各目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和威脅度，利用差分進(jìn)化算法同時(shí)為多架無人機(jī)規(guī)劃出下一時(shí)刻的位置；

所述步驟4利用差分進(jìn)化算法同時(shí)為多架無人機(jī)規(guī)劃出下一時(shí)刻的位置，具體包括如下步驟：

S401、初始化無人機(jī)位置種群；

根據(jù)多架無人機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的位置坐標(biāo)及航向角，在滿足無人機(jī)最大轉(zhuǎn)彎角約束的前提下，為多架無人機(jī)隨機(jī)生成下一時(shí)刻的位置；多架無人機(jī)在下一時(shí)刻的位置聯(lián)合表示為一個(gè)個(gè)體，隨機(jī)生成多個(gè)個(gè)體組成初始位置種群；

S402、對(duì)初始位置種群進(jìn)行評(píng)價(jià)；

評(píng)價(jià)指標(biāo)包括目標(biāo)函數(shù)值和約束違反程度；所述目標(biāo)函數(shù)綜合考慮對(duì)多個(gè)目標(biāo)的聯(lián)合探測概率和多架無人機(jī)的轉(zhuǎn)彎角之和；所述約束違反程度是指多無人機(jī)相互之間無碰撞約束的違反程度；

S403、記錄當(dāng)前種群的最佳個(gè)體；

若初始位置種群中存在約束違反程度為0的個(gè)體，則在約束違反程度為0的個(gè)體中選取目標(biāo)函數(shù)值最小的個(gè)體作為初始位置種群的最佳個(gè)體；若初始位置種群所有個(gè)體的約束違反程度均大于0，則選取約束違反程度最小的個(gè)體作為初始種群的最佳個(gè)體；

S404、針對(duì)初始位置種群中的每一個(gè)體，通過變異、交叉操作產(chǎn)生新的個(gè)體；

S405、按照步驟S402的方式對(duì)新個(gè)體進(jìn)行評(píng)價(jià)；

S406、通過選擇操作在新個(gè)體和產(chǎn)生該新個(gè)體的舊個(gè)體中留下較優(yōu)者，作為當(dāng)前種群；選擇操作的原則為：當(dāng)兩者的約束違反程度相等時(shí)，留下目標(biāo)函數(shù)值較小的個(gè)體，當(dāng)兩者的約束違反程度不相等時(shí)，留下約束違反程度較小的個(gè)體；

S407、更新當(dāng)前種群的最佳個(gè)體：將通過選擇操作留下的個(gè)體與之前記錄的種群最佳個(gè)體進(jìn)行比較，比較方法與選擇操作的原則相同，將兩者中較優(yōu)的個(gè)體作為當(dāng)前種群的最佳個(gè)體；

S408、針對(duì)當(dāng)前種群，按照S404-S407的方式進(jìn)行變異、交叉和選擇操作的循環(huán)，并更新當(dāng)前種群的最佳個(gè)體，直到達(dá)到給定的最大進(jìn)化代數(shù)，即完成路徑規(guī)劃。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多無人機(jī)跟蹤多機(jī)動(dòng)目標(biāo)的協(xié)同路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述在執(zhí)行步驟S401之前，對(duì)無人機(jī)當(dāng)前位置進(jìn)行編碼，具體方法如下：

首先以第i，i＝1,2,...N架無人機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻的位置為極點(diǎn)，水平向右方向?yàn)闃O軸，逆時(shí)針為正方向，建立局部極坐標(biāo)系；其次將第i架無人機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻的位置用變量極角θ_i,k表示，N架無人機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻的位置聯(lián)合表示為θ_k＝[θ_1,k,θ_2,k,...,θ_N,k]；再次將N架無人機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻的位置的解范圍映射到[0,1]區(qū)間，即將θ_k＝[θ_1,k,θ_2,k,...,θ_N,k]轉(zhuǎn)換為x_k＝[x_1,k,x_2,k,...,x_N,k]。