[發明專利]基于多目標遺傳算法的飛行器航跡快速規劃方法

有效

• 申請號: 202011310027.2
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112525195B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 黃宏斌;厲彥民;劉志廣;張乾浩;劉麗華;周浩浩;吳繼冰;王懋
• 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: 長沙大珂知識產權代理事務所(普通合伙) 43236
• 代理人: 伍志祥

本發明公開了基于多目標遺傳算法的飛行器航跡快速規劃方法，包括以下步驟：建立基于誤差校正的飛行器航跡規劃模型；采用多目標遺傳算法對所述的飛行器航跡規劃模型進行求解；綜合考慮航跡長度和校正點的數目，獲得航跡規劃結果。所述方法針對于傳統的遺傳算法，對變異和適應度計算進行了改進，將傳統中的單位變異改成單位狀態轉移，不僅將選中的變異位狀態變異，并且在它的鄰近區域選擇另外一個點代替它之前的狀態，使得變異后的個體有更大幾率是可行解，針對于適應度計算，采用了多目標函數加權和評價方法，把約束條件和多目標函數的各自懲罰系數聯系起來，實現了群體最優，從而可以快速高效地進行飛行器航跡規劃。

技術領域

本發明屬于飛行器航跡規劃技術領域，具體涉及基于多目標遺傳算法的飛行器航跡快速規劃方法。

背景技術

復雜環境下航跡快速規劃是智能飛行器控制的一個重要課題。由于系統結構限制，這類飛行器的定位系統無法對自身進行精準定位，一旦定位誤差積累到一定程度可能導致任務失敗。因此，在飛行過程中對定位誤差進行校正是智能飛行器航跡規劃中一項重要任務。

抽象而言，飛行器出發點為A點，目的地為B點。其航跡約束如下：飛行器在空間飛行過程中需要實時定位，其定位誤差包括垂直誤差和水平誤差。飛行器每飛行1m，垂直誤差和水平誤差將各增加δ個專用單位，簡稱單位。到達終點時垂直誤差和水平誤差均應小于θ個單位，當垂直誤差和水平誤差均小于θ個單位時，飛行器仍能夠按照規劃路徑飛行。飛行器在飛行過程中需要對定位誤差進行校正。飛行區域中存在一些安全位置(稱之為校正點)可用于誤差校正，當飛行器到達校正點即能夠根據該位置的誤差校正類型進行誤差校正。校正垂直和水平誤差的位置可根據地形在航跡規劃前確定。可校正的飛行區域分布位置依賴于地形，無統一規律。若垂直誤差、水平誤差都能得到及時校正，則飛行器可以按照預定航線飛行，通過若干個校正點進行誤差校正后最終到達目的地。在出發地A點，飛行器的垂直和水平誤差均為0。飛行器在垂直誤差校正點進行垂直誤差校正后，其垂直誤差將變為0，水平誤差保持不變。飛行器在水平誤差校正點進行水平誤差校正后，其水平誤差將變為0，垂直誤差保持不變。當飛行器的垂直誤差不大于α1個單位，水平誤差不大于α2個單位時才能進行垂直誤差校正。當飛行器的垂直誤差不大于β1個單位，水平誤差不大于β2個單位時才能進行水平誤差校正。

飛行器航跡快速規劃中，需要考慮以下優化目標：1、航跡長度盡可能??；2、經過校正區域進行校正的次數盡可能少。同時需要考慮方法的有效性和復雜度。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出基于多目標遺傳算法的飛行器航跡快速規劃方法及設備，所述方法針對于傳統的遺傳算法，對變異和適應度計算進行了改進，將傳統中的單位變異改成單位狀態轉移，不僅將選中的變異位狀態變異，并且在它的鄰近區域選擇另外一個點代替它之前的狀態，使得變異后的個體有更大幾率是可行解，針對于適應度計算，采用了多目標函數加權和評價方法，把約束條件和多目標函數的各自懲罰系數聯系起來，實現了群體最優。

基于上述目的，基于多目標遺傳算法的飛行器航跡快速規劃方法，包括以下步驟：

步驟1，建立基于誤差校正的飛行器航跡規劃模型；

步驟2，采用多目標遺傳算法對所述的飛行器航跡規劃模型進行求解；

步驟3，綜合考慮航跡長度和校正點的數目，獲得航跡規劃結果。

具體地，步驟1中所述的飛行器航跡規劃模型的目標函數為總校正次數和飛行器軌跡長度組成的一個向量為目標函數，目標函數如下：

目標函數使飛行器的航跡長度盡可能小，并且在此基礎上使飛行器經過校正區域進行校正的次數盡可能少；其中，m為校正點總個數，c_i為第i個校正點的決策變量，若校正點被選擇為航跡，則c_i＝1，否則c_i＝0；f₁(c)為校正次數求和函數，