[發明專利]基于人工蜂群算法的無人機群協同覆蓋航路規劃方法

有效

• 申請號: 201810185690.0
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108459616B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 吳建新;呂宙;肖浩
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08;G01C21/20;G06N3/00
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明屬于無人預警機航路規劃領域，公開了一種基于人工蜂群算法的無人機群協同覆蓋航路規劃方法，包括：設定無人機群的警戒區域和可飛行區域以及無人機群的參數，設定人工蜂群算法的參數以及初始蜜源組，由人工蜂群算法確定無人機群下一時刻的狀態，更新無人機群的速度偏轉角；能夠有效地實時覆蓋監視區域，為使用無人機群預警奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于無人預警機航路規劃領域，尤其涉及一種基于人工蜂群算法的無人機群協同覆蓋航路規劃方法，適用于無人預警機群的協同覆蓋航路規劃問題。

背景技術

無人機在現代戰爭中的應用優勢，已經被越來越多地應用于執行多種危險和復雜的任務。用于預警探測的無人預警機，其主要用途是對指定的區域進行自動化覆蓋，并對潛在的危險進行預警。

在復雜多變的信息化戰場環境下，單個無人機執行覆蓋任務時面臨探測角度和范圍等諸方面的限制，制約了作戰效能的發揮，單個無人機圓滿完成任務的難度越來越大。多無人機協同探測是指兩架或兩架以上無人機相互配合、相互協作地執行覆蓋任務。相對于單架無人預警機，多架無人預警機協同執行任務時能夠克服雷達探測器的角度限制，從多個不同方位對目標區域進行觀測，當面臨大范圍區域搜索任務時，多架無人機能夠實現對整個偵察區域的有效覆蓋，因此具有更好的偵察效能和更強的任務容錯能力。

無人機航路規劃是多無人機協同控制的核心，是實現無人機自主飛行的一項關鍵技術，能針對不同的任務需求為無人機提供一條或多條安全可行的航路，對無人機順利完成任務起著關鍵作用。為了能順利完成協同覆蓋任務，用于預警探測的無人機航路規劃的主要目的是建立可飛的空間路徑，在給定的警戒區域內，尋找多架無人機從各自的起點出發，以較快速度達到對區域完全覆蓋并且滿足給定約束條件和性能指標的最優或可行航路，在完全覆蓋之后無人機群需要繼續運動并保持這種狀態。

對于此類協同覆蓋問題，國內外的研究報道較少。2007年，國防科技大學的彭輝，沈林成等人為降低問題求解的復雜度，將其分解為多無人機任務區域分配和完全覆蓋路徑規劃兩個子問題，提出了基于掃描線模式的區域覆蓋搜索路徑方法，取得了一定的效果。但是該方法顯得較為死板，不夠智能化。百度以及谷歌上所說的移動基站最大區域覆蓋問題，跟本發明所要解決的問題有著本質上的不同。移動基站最大區域覆蓋問題最后的結果是靜態的，而無人預警機在空中飛了一段時間后運動狀態不可能變為靜止，也就是說無人機在完全覆蓋指定區域之后，還需要繼續運動并且保持完全覆蓋的趨勢。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種基于人工蜂群算法的無人機群協同覆蓋航路規劃方法，該方法在角度搜索的基礎上，采用人工蜂群算法對無人機群協同覆蓋問題進行航跡規劃，能夠有效地實時覆蓋監視區域，為使用無人機群預警奠定了基礎。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案予以實現。

一種基于人工蜂群算法的無人機群協同覆蓋航路規劃方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1，設定無人機群的警戒區域和可飛行區域，所述無人機群包含N架無人機，設定每架無人機的最大速度偏轉角、每個機載雷達的最大作用距離；N為大于零的正整數；

步驟2，設置每架無人機的初始速度，組成無人機群的初始速度向量，設置每架無人機的初始位置，組成無人機群的初始位置矩陣；

步驟3，設置人工蜂群算法的初始蜜源組，所述初始蜜源組中包含CS個蜜源，每個蜜源的維數為Dim維，每個蜜源代表無人機群的一種速度偏轉角方案，每個蜜源的一維數值對應為無人機群中一架無人機的速度偏轉角；并設置一次人工蜂群算法的最大迭代次數MaxCycles，允許蜜源未被更新的最大次數Limit；