[發明專利]基于遺傳算法的無人機監視覆蓋單步尋優的航跡規劃方法

有效

• 申請號: 201710278469.5
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN106908066B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 王彤;劉嘉昕;馬欣
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 61218 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 惠文軒

1.一種基于遺傳算法的無人機監視覆蓋單步尋優的航跡規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，設定無人機群的可飛區域為A，可飛區域A內的指定任務監視區域為S，其中無人機群包含N架無人機，每架無人機上設置一個機載雷達，每架無人機勻速飛行；

步驟2，定義N架無人機的偏航角自變量，并分別設定N架無人機的初始時刻偏航角，以及初始時刻N架無人機在可飛區域A內的位置坐標矩陣；

初始化：k∈{0,1,2,…,K}，k表示第k步航跡規劃，K為設定的航跡規劃總步數，k的初始值為0，并將第k步航跡規劃到第k+1步航跡規劃記為1個單步；

步驟3，假設kt時刻第i架無人機在可飛區域A內的航跡位置為且在可飛區域A內可飛行，進而分別得到(k+1)t時刻N架無人機在可飛區域A內的航跡位置可飛行域，t表示單步航跡規劃時間間隔；i＝1,2,…,N；

步驟4，根據(k+1)t時刻N架無人機在可飛區域A內各自的航跡位置可飛行域，得到第s個單步完成的N架無人機對指定任務監視區域S的實時最大監視覆蓋，并令s加1；s的初始值為1，s∈{1,2,…,S'}，S'為總單步數；

步驟5，令k加1，并依次重復執行步驟3和步驟4，直到k>K，得到第S'個單步完成的N架無人機對指定任務監視區域S的實時最大監視覆蓋，實現N架無人機對指定任務監視區域S最大范圍的持續監視覆蓋，第S'個單步為第K-1步航跡規劃到第K步航跡規劃。

2.如權利要求1所述的一種基于遺傳算法的無人機監視覆蓋單步尋優的航跡規劃方法，其特征在于，在步驟1中，所述每架無人機上設置一個機載雷達，還包括：

機載雷達最大作用距離為R_s，其表達式為：

其中，P_t表示機載雷達的峰值功率，G表示機載雷達的天線增益，λ表示機載雷達發射的電磁波波長，σ表示機載雷達檢測范圍內的地面潛在威脅目標散射截面積，k'表示波爾茲曼常數，T₀表示標準室溫，B表示機載雷達帶寬，F表示機載雷達輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值，L表示機載雷達自身損耗，S表示機載雷達輸出端信號功率，D為機載雷達輸出的噪聲功率，(S/N)_omin表示機載雷達所需要的最小輸出信噪比，下標omin表示求最小輸出操作。

3.如權利要求1所述的一種基于遺傳算法的無人機監視覆蓋單步尋優的航跡規劃方法，其特征在于，步驟2的子步驟為：

2.1 定義N架無人機的偏航角自變量表示第i架無人機在單步航跡規劃時間間隔t內的偏航角變化量，θ_max表示無人機的最大轉彎角，N為無人機總架數，N為大于0的正整數；

2.2 設定N架無人機的初始時刻偏航角，以及初始時刻N架無人機在可飛區域A內的位置坐標矩陣，即分別用向量表示零時刻N架無人機的航向向量，用矩陣P⁰表示零時刻N架無人機在可飛區域A內的位置坐標矩陣，其表達式分別為：

其中，表示零時刻第i架無人機的偏航角，表示零時刻第i架無人機在可飛區域A內的航跡位置，表示零時刻時第i架無人機在可飛行區域A內航跡位置的x軸坐標，表示零時刻時第i架無人機在可飛行區域A內航跡位置的y軸坐標，上標T表示轉置操作；

2.3 設定單步航跡規劃算法的適應度函數終止準則：本航跡規劃的飛行任務要求N架無人機對指定任務監視區域S實現最大范圍的持續監視，故選取N架無人機在kt時刻的偵察覆蓋面積總和作為單步航跡規劃算法的適應度函數，其中k表示第k步航跡規劃，k∈{0,1,2,…,K}，K為設定的航跡規劃總步數，k的初始值為0，并將第k步到第k+1步記為1個單步；單步航跡規劃算法的適應度函數終止準則如下：設置遺傳算法的最大迭代代數G，當遺傳算法的迭代進行了G次，則終止本次單步航跡規劃任務。