[發明專利]基于任務完成時間最小化的多無人機路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201910599138.0
• 申請日: 2019-07-04
• 公開（公告）號: CN110426039B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 秦蓁;李艾靜;董超;田暢;何首帥;賽雷
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于任務完成時間最小化的多無人機路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、設定多無人機飛行約束條件和需要滿足的信息采集任務要求；

步驟2、根據基站覆蓋原理以及設定的信息采集任務要求，確定無人機在信息采集任務過程中的懸停點，具體如下：

步驟2.1、將X定義為已經被覆蓋的傳感器集合，初始化為空集合；將Y定義為未被覆蓋的傳感器集合，初始化為傳感器集合P；將V定義為懸停點集合，初始化為空集合；

步驟2.2、利用凸包的計算方法計算Y集合中邊界傳感器，將其存在Y_bo集合中，Y集合中剩余傳感器存在Y_in集合中；

步驟2.3、隨機選擇Y_bo集合中一個傳感器b₀，并且將Y_bo集合中與b₀的距離在2r范圍內的傳感器存在集合ρ中，r是無人機在地面上的最大通信半徑；

步驟2.4、利用選址問題中尋找中心位置的算法，找到可以覆蓋ρ中所有傳感器的懸停位置h_m，并計算ρ中所有傳感器與h_m的距離，記錄下最大距離d；

步驟2.5、比較d與r的大小關系，若d＞r，刪除ρ中距離h_m最遠的點；

步驟2.6、重復步驟2.4-2.5，直到d≤r；

步驟2.7、將Y_in集合中與h_m的距離在r范圍以內的傳感器存入ρ集合，距離在[r,2r]范圍內的傳感器存入θ集合中；

步驟2.8、在θ中找到距離h_m最近的點b′，把b′從θ中刪除，并將其添加到ρ集合中，重復步驟2.4，得到懸停位置h_m和最大距離d；

步驟2.9、判斷最大距離d與通信半徑r的關系，如果d≤r，重復步驟2.8-2.9，直到θ集合為空集合；如果d≥r，將b′從ρ中刪除，執行步驟2.10；

步驟2.10、更新X,Y,V集合，其中X＝X∪ρ，Y＝Y/ρ，V＝V∪h_m；

步驟2.11、重復步驟2.2-2.10，直到所有傳感器被覆蓋，即Y集合為空集合；

步驟3、根據設計的懸停點和飛行約束條件，利用最小-最大路徑覆蓋算法，規劃每架無人機的路徑，完成信息采集任務的分配；

步驟4、基于規劃的無人機路徑，對飛行時間和信息采集時間進行優化分配，得到最終的無人機軌跡。

2.根據權利要求1所述的基于任務完成時間最小化的多無人機路徑規劃方法，其特征在于，步驟1設定的多無人機飛行約束條件和信息采集任務要求具體為：

式中，l_i(0)表示無人機i的初始位置，l_i(T)表示無人機i的最終位置，表示無人機在傳感器j處采集的數據量，C_j表示無人機在傳感器j處需采集的最小數據量；f_i,j(t)為指示函數，當無人機i在t時刻采集傳感器j的信息時，f_i,j(t)為1，否則為0；式(3)表示在t時刻，傳感器j的信息最多被一架無人機采集；式(4)表示在t時刻，無人機i最多采集一個傳感器的信息；

||l_i(t)||是無人機i在t時刻的速度，v_max是無人機最大速度；||l_i(t)-l_i'(t)||表示無人機i與i'之間的距離，d_min表示無人機之間保證避碰的最小距離；r表示無人機投影在地面的最大通信半徑，||l_i(t)-c_j′||表示無人機i地面投影點與傳感器j之間的距離。