[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

本發明公開了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，其思路為：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，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A內的位置坐標矩陣；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，并將第k步航跡規劃到第k+1步航跡規劃記為1個單步；分別得到(k+1)t時刻N架無人機在A內的航跡位置可飛行域，i＝1,2,…,N；進而得到第s個單步完成的N架無人機對S的實時最大監視覆蓋，并令s加1；s的初始值為1；令k加1，直到k>K，得到第S'個單步完成的N架無人機對S的實時最大監視覆蓋，實現N架無人機對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。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，特別涉及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，適用于實現無人機群對指定區域進行最大覆蓋范圍的持續監視。

背景技術

無人機(UAV)是無人駕駛飛機(Unmanned Aerial Vehicle)的簡稱，其憑借無人員風險、成本低、隱蔽性好的特點，在軍用以及民用領用均占據了重要的應用地位；而在無人機偵查的實際應用中，有時由于某些特定任務需要對指定區域進行最大覆蓋范圍的監視；為了追求高效率的應用，需要由地面指揮中心預先規劃出無人機的參考航跡，使得無人機能夠根據偵查要求按照參考航跡飛行。因此，無人機覆蓋尋優航跡規劃技術是無人機飛行任務的重要內容。

目前國內外對無人機區域覆蓋問題的研究總體較少，其中以對多無人機區域覆蓋問題的研究更具有代表性；2004年，Ivan Maza和Anibal Ollero提出一種小隊無人機區域覆蓋航跡規劃，通過將整個區域劃分為若干個子區域，每個子區域的基本路徑形狀為“Z”字形，當某架無人機失效或墜毀時，馬上進行重新規劃；2006年，Agarwal的研究也采用區域劃分的思想，將飛行區域劃分成許多矩形子區域，按照每架無人機執行覆蓋任務的能力來分配區域，將無人機簡化為只允許90度和180度的轉彎，但這種覆蓋方案的缺點并沒有考慮轉彎半徑；2010年，陳海等人提出了一種凸多邊形區域的航跡規劃算法，將凸多邊形區域的覆蓋航跡規劃問題轉換為求凸多邊形寬度的問題，無人機只需沿著寬度出現時的支撐平行線方向進行“Z”字型路線飛行，但是其沒有考慮到飛行過程中最小轉彎半徑對“Z”字形路線的影響。

以上這些區域覆蓋航跡規劃的方法，大多是針對所要求航跡起始點與終點固定的情況，并且基本原理都是通過切割區域、通過規避障礙、約束油耗以及轉彎次數形成最優航跡，使得特定無人機通過“牛耕式”飛行路線實現切割后各個區域的覆蓋；以上研究大多基于確定性算法規劃航跡，這類算法自身存在一定的缺陷，當對大范圍復雜環境進行航跡規劃時，將會使得路徑搜索出現計算量過大、效率不高、尋優能力差，保證不了對航跡規劃的計算效率和可靠性要求。此外，在實際情況中，某些任務會要求無人機對指定區域實現持續監視的最大覆蓋面積，這種飛行任務所要求的航跡規劃往往是沒有固定起始點與終點的，針對該問題，國內外的公開報道較少，此時以上提到的方法并不能完全適用于解決此類航跡規劃問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發明目的在于提出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，該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是一種基于遺傳算法的無人機群監視區域覆蓋尋優的單步航跡規劃方法，將區域覆蓋航跡規劃問題與遺傳算法有機結合，能夠有效地解決無人機群的飛行任務，并能夠實現指定區域的監視覆蓋面積最大、且所要求的航跡沒有固定起點與終點的航跡規劃問題。

為達到上述技術目的，本發明采用如下技術方案予以實現。

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，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；