[發明專利]基于多分辨率態勢建圖的改進標簽實時航路重規劃方法

有效

• 申請號: 201711441037.8
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108151746B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 李杰;牛軼峰;尹棟;王祥科;賈圣德;相曉嘉;王菖
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

本發明屬于無人機系統技術領域，公開了一種基于多分辨率態勢建圖的改進標簽實時航路重規劃方法，通過分析無人機(或其他機器人)任務區域的態勢分布特征和強弱對抗程度，以若干臨界距離為依據將全局態勢進行多分辨率劃分為高分辨率態勢建圖及低分辨率態勢建圖。該態勢建圖方法在低功耗嵌入式計算平臺下統計平均運算時間約305毫秒。在建圖的基礎上，提出一種改進標簽設置法用于在線生成油耗、航時等多約束下的最低探測/毀傷風險航路。在低功耗嵌入式計算平臺下統計平均運算時間約25毫秒，表明該發明具備在計算資源受限的航電系統中很好的應用前景。

技術領域

本發明面向無人機系統技術領域，亦可適用于其他機器人領域。具體采用多分辨率小波壓縮進行全局態勢圖的在線建圖，并通過改進標簽設置法進行在線的航路實時重規劃，該方法可在無人機機載系統低計算資源和低存儲資源條件下實現自主地、實時地生成具有低風險、低油耗等性能的飛行航路。

背景技術

無人機(或機器人)自主能力的提升是智能機器人領域不斷追求的目標。目前，廣泛使用的無人機系統大多通過地面站操作員或地面站計算機系統來制定其飛行航路，再上傳至飛機進行執行。近期，自主系統支撐技術的發展使得無人系統具備了基本的自主避障、自動規劃能力。但是，技術水平仍需不斷提升，需要系統能夠自主利用機載傳感器信息、機載計算單元來自動生成飛行航路，提升動態環境下任務響應能力。高自主的無人機系統能夠利用所有機載可用信息，自主規劃飛行航路，提高環境響應能力同時降低地面站操作員負擔。系統應在特定的時間窗內規避障礙或威脅，到達指定的目標位置執行任務。

飛行航路規劃作為自主無人機飛行管理系統的基本能力，既是無人機系統的基礎能力，其性能高低又是衡量無人機系統自主水平的重要標準。高水平的無人機航路規劃技術需要飛機能夠根據全局態勢和飛機感知的周遭態勢作出在線實時的航路規劃。航路既需要考慮全局的任務目標，又要考慮局部的避開障礙和規避威脅能力，從而最大限度地降低被威脅/目標探測概率或殺傷概率的同時，仍能引導飛機趨向于最終目標。與此同時，機載航電系統分配給自主系統組件的計算資源和存儲資源是有限的，如何在計算性能約束條件下實時高效地動態生成航路，是制約系統可用性的關鍵。全局態勢的大范圍和局部態勢的高精度都會對存儲和計算帶來不可回避的負擔，需要解決兩者之間的矛盾，這也是該領域亟待解決的關鍵技術。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于：在無人機機載系統低計算資源和低存儲資源條件下，能夠自主地、實時地生成具有低風險、低油耗等性能的飛行航路。

針對現有技術存在的問題，本發明內容主要包括兩個部分：

一是采用多分辨率壓縮進行態勢建圖：通過分析無人機(或其他機器人)任務區域的態勢分布特征和強弱對抗程度，以若干臨界距離為依據將全局態勢進行多分辨率劃分，更靠近飛機的區域進行高分辨率態勢建圖，飛機能夠進行更精細的飛行控制；更遠離飛機的區域進行低分辨率態勢建圖，飛機能夠進行更粗略的方向引導。這種態勢建圖方法既能夠確保后續航路規劃的全局特性，克服了經典滾動時域控制思想無法滿足收斂性的缺點，又能夠確保飛機能夠進行精確的避障和規避飛行控制。該態勢建圖方法能夠滿足機載實時性應用要求，在低功耗嵌入式計算平臺下統計平均運算時間約305毫秒。

二是多約束最低風險航路優化：在第一部分多分辨率態勢柵格化建圖的基礎上，提出一種改進標簽設置法用于在線生成油耗、航時等多約束下的最低探測/毀傷風險航路，方法回避了無法變分法求解規劃問題解析解的缺點，通過離散優化途徑來優化飛行航路。在對手部署多部雷達情況下，采用離散優化方法得到滿足油耗、航時等多種約束的最低風險航路。我們在多分辨率態勢建圖基礎上，將帶多約束的最低風險航路優化問題描述為權值約束最短路徑問題，并提出了改進標簽設置法，該算法通過一系列標準算例集測試，在低功耗嵌入式計算平臺下統計平均運算時間約25毫秒，表明改進標簽設置法具備在計算資源受限的航電系統中很好的應用前景。

附圖說明

圖1為快速提升小波分解示意圖；