[發明專利]一種基于改進人工勢場法的多無人機路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202211588108.8
• 申請日: 2022-12-12
• 公開（公告）號: CN115755979A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 張祥金;龔紹歡;沈娜;華摶;郭競杰;趙麗娜;查繼鵬;杜廷蔚
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

本發明公開一種基于改進人工勢場法的多無人機路徑規劃方法。方法包括通過改進斥力勢函數解決目標點距離障礙物太近導致的目標不可達問題；定義了飛行代價的概念，飛行代價由路徑長度代價、無人機與障礙物之間的距離代價、無人機與無人機之間的距離代價，飛行代價用來描述整個多無人機飛行路徑的合適程度；利用鯨魚優化算法對無人機與障礙物之間的斥力系數和無人機與無人機之間的斥力系數進行改進，根據實際需要動態地調整無人機在不同位置的避障能力和無人機間防碰撞能力。

技術領域

本發明屬于多無人機路徑規劃技術領域，具體涉及一種基于改進人工勢場法的多無人機路徑規劃方法。

背景技術

無人機具有隱蔽性好、生命力強、成本低、操作靈活等優點，在各個領域內都得到了廣泛關注。多無人機執行任務相比單無人機能夠提高整體的效率，具有更高的可靠性。隨著科學技術的不斷發展，人們對無人機的智能化程度也有越來越高的要求，路徑規劃是其中的重點領域之一，多無人機在路徑規劃的過程中，防碰撞一直是一個不可避免的問題。

無人機路徑規劃有很多算法，主要分為經典算法和智能反應算法兩大類。經典算法有Dijkstra算法、A*算法、人工勢場法等，智能反應算法有遺傳算法、粒子群算法等。其中人工勢場法是通過排斥力、吸引力進行無人機的避障，其主要思想是尋找某個系統能量函數，使得無人機能夠且僅在目標位置達到最小值。該方法能在運算量更小的情況下解算出更加平滑的軌跡。但是人工勢場法存在由于目標點離障礙物太近導致目標不可達問題，且現階段的人工勢場法大都是進行局部路徑規劃，缺乏全局規劃的指引，沒有從全局上評判搜索出的路徑的優劣程度以選出最合適的路徑。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于改進人工勢場法的多無人機路徑規劃方法，通過改進斥力勢函數解決了因為目標離障礙物太近導致的目標不可達問題，引入飛行代價的概念，并通過鯨魚優化算法優化斥力系數，求解出最合適的飛行路徑。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種基于改進人工勢場法的多無人機路徑規劃方法，包括如下步驟：

步驟1、將無人機從起點到終點的路徑分為d份，定義單個個體k的維度為2dN_UAV；其中N_UAV表示總無人機的數量；

步驟2、設定種群的個體數量為N_pop，并隨機產生N_pop個個體k；

步驟3、設定最大迭代次數為N_t，當前迭代次數n_t為1，最優飛行代價J_leader為正無窮大；

步驟4、設定路徑規劃時的種群個體編號n_pop為1；

步驟5、將第n_pop個個體k帶入到人工勢場法里，對所有無人機進行路徑規劃，并計算出種群中第n_pop個個體k對應航路的飛行代價；

步驟6、路徑規劃時的種群個體編號n_pop加1，并判斷路徑規劃時的種群個體編號n_pop是否大于個體數量N_pop，若路徑規劃時的種群個體編號n_pop大于個體數量N_pop，則進入步驟7，否則重新進入步驟5；

步驟7、令種群中飛行代價最小的航路所對應的k為k'，形成的航路的飛行代價為J'；比較J'和最優飛行代價J_leader的大小，若J'小于最優飛行代價J_leader，則令最優個體k_leader等于k'，最優飛行代價J_leader等于J'；