[發明專利]一種網聯無人機航線規劃與航線平滑方法及裝置

在審

• 申請號: 202111235008.2
• 申請日: 2021-10-22
• 公開（公告）號: CN113867396A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 于銀輝;陳堅;田子玉;郭思宇;程國豪;聶新禮
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

本發明公開了一種網聯無人機航線規劃與航線平滑方法及裝置，方法包括：獲取航線起始點與終止點以及對應的經緯度坐標，確定無人機規劃航線區域；確定無人機飛行高度，獲取該飛行高度無人機飛行通信質量數據；設置飛行環境數據，所述飛行環境數據包括自然環境數據和無人機飛行性能數據；根據通信質量數據和飛行環境數據建立強化學習的獎勵函數，通過強化學習，輸出規劃航線；基于改進的貝塞爾曲線對規劃航線轉彎段進行平滑處理。本發明通過強化學習選取通信與路徑最優的無人機規劃航線并根據飛行器性能不斷對航線進行修正，以獲取最合理最高效的飛行航線，提高了無人機工作效率，極大地推進了網聯無人機向自動化、智能化方向發展。

技術領域

本發明涉及網聯無人機無線通信技術領域，更具體的說是涉及一種網聯無人機航線規劃與航線平滑方案及裝置。

背景技術

無人駕駛航空器(Unmanned Aerial Vehicle,以下簡稱UAV)，簡稱為無人機。其全球市場在過去十年中大幅增長，現在已經成為商業、基礎設施建設和消費應用的重要工具。無人機能夠支持諸多領域的解決方案，可以廣泛應用于建筑、石油、天然氣、能源、公用事業和農業等領域。無人機行業高速發展的同時，也對無人機通信鏈路提出了新需求，呈現出與蜂窩移動通信技術緊密結合的發展趨勢，形成“網聯無人機”。通過接入低空移動通信網絡，網聯無人機依靠蜂窩網絡在全球幾乎無處不在的覆蓋范圍以及高速光回程和先進的通信技術，可以讓地面駕駛員不受距離和地形限制地遠程指揮和控制。同時，可以實現設備的監視和管理、航線的規范、效率的提升，加強了無人機有效監管從而提高飛行器的飛行安全。促進空域的合理利用極大延展無人機的應用領域，產生巨大經濟價值。網聯無人機在電力/石油/河道巡線、公安/交通/安防巡查以及林業/消防巡檢等工作中正廣泛應用，無人機+行業應用”顯示出蓬勃發展勢頭。

但目前，現階段低空通信蜂窩網不足以全面、穩定的支持網聯無人機的安全飛行和高效作業，網聯無人機通信所處的地空信道與地面用戶信道差異較大，視線鏈路概率更高、散射分量較少同時接受到的鄰區信號更多，同頻干擾更嚴重。并且網聯無人機通信系統對通信質量、吞吐量和時延要求敏感，同時無人機執行不同任務時對各指標要求不同，網聯無人機的安全穩定飛行與任務高效執行需要相關通信數據的支持，而且網聯無人機執行任務時，多是采用導入航線路徑規劃自動飛行，按航線執行飛行任務。

因此，合理規劃航線以達到通信增益和路徑增益最大化并采用相關航線平滑處理生成最優航線，成為網聯無人機實際飛行中亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種網聯無人機航線規劃與航線平滑方法及裝置。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明一方面公開了一種網聯無人機航線規劃與航線平滑方法，所述方法包括：

(1)獲取航線起始點與終止點以及對應的經緯度坐標，確定無人機規劃航線區域；

(2)確定無人機飛行高度，獲取該飛行高度無人機飛行通信質量數據；

(3)設置飛行環境數據，所述飛行環境數據包括自然環境數據和無人機飛行性能數據；

(4)根據通信質量數據和飛行環境數據建立強化學習的獎勵函數，通過強化學習，輸出規劃航線；

(5)根據規劃航線繪制貝塞爾曲線，引入權重控制對貝塞爾曲線進行改進，通過改進的貝塞爾曲線對規劃航線轉彎段進行平滑處理。

優選的，根據通信質量數據和飛行環境數據建立強化學習的獎勵函數，具體包括通信增益參數、路徑折算參數和風偏折算參數，其中所述通信增益參數根據通信質量數據得出，所述路徑折算參數與風偏消耗參數由無人機實際測試與分析得出。

優選的，根據通信質量數據得出通信增益參數包括對各通信質量指標進行線性加權量化得到通信增益參數，或通過預測通信質量數據與航線吞吐量間的量化關系得到通信增益參數。