[發明專利]一種基于改進RRT算法與改進PH曲線相結合的多無人機協同航跡規劃方法

有效

• 申請號: 201710691678.2
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107608372B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 楊力;羅曉曙;丘森輝
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

本發明公開了一種基于改進RRT算法與改進PH曲線相結合的多無人機協同航跡規劃方法，其特征是，包括如下步驟：1）環境建模；2）規劃單機航跡集；3）規劃多機協同航跡。這種方法結合多無人機初末速度方向、能加快多無人機航跡規劃算法速度、可以節約無人機燃油、能平滑無人機航程航跡，在多無人機協同航跡規劃中具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及無人機航跡搜索領域，具體是一種基于改進快速擴展隨機樹RRT(Rapidly-exploring Random Tree，簡稱RRT)算法與改進畢達哥拉斯矢端曲線(Pythagorean Hodograph，簡稱PH曲線)相結合的多無人機協同航跡規劃方法。

背景技術

快速擴展隨機樹RRT算法第一次提出是在1998年由美國科學S.M.LaValle提出，其基本原理是在任務空間內以節點生長的方式構建隨機樹，主要優點是能夠在復雜環境中快速找到路徑規劃問題的可行解。

畢達哥拉斯矢端PH曲線,是由Farouki和Sakkalis在1990年研究等距曲線的過程中率先提出，他們將PH曲線定義為多項式曲線的形式，并且PH曲線的矢端矢量滿足勾股條件。

隨著環境和任務的日益復雜性，單架無人機已經不法完成所需任務需求，需要通過多架無人機合作來完成，多無人機協同是指多架無人機通過采取協作的方式完成某項任務。航跡規劃是最大限度的利用地形信息，綜合考慮無人機導航精度和機動能力的限制，在最短的時間內計算出從現在位置到指定位置的最優或次優的飛行軌跡，能使無人機回避威脅環境，安全地完成預定任務。

假設N架無人機分別處于不同起始位置S₁，S₂，…，S_N,要求在同一時刻t₁到達同一目標點D，實施打擊且代價最小，協同航跡問題多假設為多機同時到達問題，通常使用兩種方法使得無人機能夠同時到達目標：一種為通過調節無人機的飛行速度，航程較大的無人機的速度較大，航程較小的無人機的速度較??；另一種是修正航跡長度，使得每架無人機的航程大致相同。

發明內容

本發明的目的針對現有技術的不足，而提供一種基于改進RRT算法與改進PH曲線相結合的多無人機協同航跡規劃方法。這種方法結合多無人機初末速度方向、能加快多無人機航跡規劃算法速度、可以節約無人機燃油、能平滑無人機航程航跡，在多無人機協同航跡規劃中具有廣泛的應用前景。

實現本發明目的的技術方案是：

一種基于改進RRT算法與改進PH曲線相結合的多無人機協同航跡規劃方法，包括如下步驟：

1)環境建模：假設無人機進行等高飛行，結合無人機飛行中自然威脅分布構建環境模型，自然威脅主要是山川地形威脅；

2)規劃單機航跡集：首先根據起始點和終止點，運用改進PH曲線算法，得到6個控制點，分別為b₀,b₁,b₂,b₃,b₄,b₅；然后選取規劃得到的6個控制點中的b₂和b₃作為新起始點和新終止點，并在新起始點和新終止點之間多次運用改進RRT算法規劃得到單機航跡集；

3)規劃多機協同航跡：根據多無人機協同航跡規劃原理以及多無人機協同航跡規劃的代價函數，在規劃航跡集中選取一條符合多無人機協同規劃原理以及航跡代價函數的最小航跡。

步驟1)中所述自然威脅為：某飛行高度上對無人機飛行有可能造成威脅的山峰和高地在水平截圖面上的截面是圓周，則