[發(fā)明專利]復(fù)雜環(huán)境下空基平臺快速航路規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010747686.6
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111928853B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 冉華明;喬文昇;李濤;周禮亮;李鵬;熊蓉玲
• 申請（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 劉小彬

本發(fā)明公開的一種復(fù)雜環(huán)境下空基平臺快速航路規(guī)劃方法，旨在，提供一種航路規(guī)劃時間更短、航路規(guī)劃結(jié)果更優(yōu)的航路規(guī)劃方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：在規(guī)劃環(huán)境建模上，狹窄通道路徑求解算法模塊根據(jù)環(huán)境中所有威脅范圍的頂點坐標(biāo)，基于Voronoi圖對威脅范圍進(jìn)行求交與距離計算，確定威脅之間的最短連線和各威脅區(qū)域之間的狹窄通道，狹窄通道路徑樹求解算法模塊計算各狹窄通道路徑之間的關(guān)系，確定狹窄通道路徑樹，提煉出環(huán)境的關(guān)鍵因素，實現(xiàn)對規(guī)劃環(huán)境的快速建模；采用基于狹窄通道路徑樹擴展判斷的雙向快速隨機樹方法進(jìn)行航路優(yōu)化搜索，確定連接起點和終點的航路樹，并對航路樹中冗余的節(jié)點進(jìn)行裁剪，得到最終的航路規(guī)劃結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種主要用于指揮控制系統(tǒng)、任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)以及輔助決策系統(tǒng)中的航路規(guī)劃領(lǐng)域的空基平臺快速航路規(guī)劃方法，尤其是在存在狹窄通道復(fù)雜環(huán)境下空基平臺快速航路規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

為了保證空基平臺執(zhí)行任務(wù)的效能及自身安全，需要對空基平臺航路進(jìn)行規(guī)劃。空基平臺航路規(guī)劃是空基平臺在特定約束條件下規(guī)劃制定從初始位置到目標(biāo)位置滿足某種性能指標(biāo)的最優(yōu)飛行路徑。從系統(tǒng)學(xué)的角度來說，航路規(guī)劃就是根據(jù)眾多輸入信息，輸出一條航路。系統(tǒng)輸入信息包括平臺所處戰(zhàn)場環(huán)境信息(地形、天氣、地面或空中動、靜態(tài)威脅等)、平臺的飛行性能指標(biāo)(航程、速度、轉(zhuǎn)彎半徑)以及平臺的航行任務(wù)要求，然后通過規(guī)劃器輸出一條航路。從數(shù)學(xué)的角度來說，航路規(guī)劃就是一個在平臺約束、環(huán)境約束等多約束條件下，多任務(wù)性能目標(biāo)函數(shù)的典型最優(yōu)化問題。航路規(guī)劃是戰(zhàn)術(shù)可行性、物理可飛行性、航跡隱蔽性、性能最優(yōu)性等的統(tǒng)一。航路規(guī)劃主要包括兩方面：一是規(guī)劃環(huán)境建模，二是航路優(yōu)化搜索。

隨著信息量和規(guī)劃約束條件的增加，如何合理地建立規(guī)劃空間模型，設(shè)計一種簡單快速的規(guī)劃算法是空基平臺航路規(guī)劃的關(guān)鍵問題。航路規(guī)劃算法可以分為傳統(tǒng)經(jīng)典算法和現(xiàn)代智能算法兩大類，目前常用的航路規(guī)劃算法主要有動態(tài)規(guī)劃法、遺傳算法、蟻群算法、人工勢場法和A＊算法等。動態(tài)規(guī)劃法算法模型簡單，但對于較大的規(guī)劃區(qū)域，自身狀態(tài)空間急劇增長，會出現(xiàn)組合爆炸，無法實現(xiàn)航路規(guī)劃的目的。遺傳算法不需要確定的模型，算法魯棒性強，但如果需要復(fù)雜的航路，算法編碼比較困難，搜索時間長。蟻群算法具有正反饋，分布計算等優(yōu)點，但算法初始信息素設(shè)定和信息素更新規(guī)則難以確定。人工勢場法規(guī)劃速度快，但可能找不到路徑，且沒有考慮平臺的動力學(xué)約束。A^*算法具有算法簡單、易于工程實現(xiàn)等優(yōu)點，但算法的計算量較大。隨著規(guī)劃空間的增大算法的計算時間逐漸增加，算法的信息存儲量加大，不能滿足在線航路規(guī)劃的要求。

根據(jù)幾何學(xué)原理，按照一些特定的規(guī)則對復(fù)雜的航路規(guī)劃環(huán)境空間進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分，降低航路規(guī)劃問題的規(guī)模和復(fù)雜度，實現(xiàn)規(guī)劃環(huán)境建模。常用的劃分方法包括路標(biāo)圖法、單元分解法、試場法等。路標(biāo)圖法通過對規(guī)劃環(huán)境空間進(jìn)行采樣處理，實現(xiàn)航路規(guī)劃空間的縮減，根據(jù)使用的采樣規(guī)則的不同，可分為Voronoi圖法、概率路標(biāo)圖(PRM)、快速擴展隨機樹(RRT)法、可視圖法等；單元分解法將規(guī)劃環(huán)境空間劃分為如正三角形、正四邊形、正六邊形的離散柵格，從而實現(xiàn)連續(xù)規(guī)劃空間的離散化；勢場法則是通過在規(guī)劃空間中加入勢函數(shù)，建立引力和斥力場等勢場實現(xiàn)對航線搜索過程的引導(dǎo)。