专利名称：基于模糊虚拟力的无人机航路规划方法
技术领域：
本发明涉及一种无人机的航路规划方法，特别是一种基于模糊虚拟力的无人机航路规划方法。
背景技术：
航路规划是无人机领域的重要研究内容，航路规划问题是在特定约束的条件下， 实时求取一条介于起始点与目标点间的最优或可行的航路，使得执行战术任务的无人机能突防敌方的威胁环境，并在敌方防空区域内完成特定任务，同时保存自己，达到最佳的作战效果。目前研究中，常采用基于虚拟力(VF)的航路规划方法。该方法最初是专为快速移动机器人实时避障而设计的，可使机器人在障碍物之间快速、连续并且平稳地运动。其基本思想是将机器人作为工作空间的一个质点，在虚拟力的作用下移动。虚拟力函数通常定义为自由空间中来自目标点的引力与来自障碍物的斥力的叠加。虚拟力法的最显著的特点是算法简洁、实时性强。利用虚拟力方法的航路规划过程如下定义无人机航路规划过程为一个虚拟的无人机沿给定起始点和目标点的特定航路移动的过程。虚拟力分为两部分来自规划目标点的虚拟引力以及来自各威胁的虚拟斥力。虚拟力法航路规划，其方向的改变取决于虚拟力的方向，因此基于虚拟力的航路规划过程可看成是一个混杂系统的优化问题。其中移动过程是连续的，方向改变是离散的。在这个混杂系统中，由于目标给定因此末态已知，而时间未知。混杂系统优化主要是解决航路规划在何时进行切换来保证航路最优，代价最小。该混杂系统的演化规律可由如下微分动态方程表示
权利要求
1.一种基于模糊虚拟力的无人机航路规划方法，其特征在于包含以下步骤1)设置无人机航路规划的初始条件，包括规划起始点、目标点、威胁分布及属性；2)设置无人机航路规划的迭代步长；3)设置规划参数k，从而确定虚拟斥力系数与虚拟引力系数之间的关系，其中，k= Ge/ Ga, Ga表示虚拟引力系数，Ge表示虚拟斥力系数；4)进行航路规划，航路规划坐标变化量ΔΧ和Ay为
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于迭代步长应满足δ<Η(1+β)，其中，Fkx =β xFAx，FEy = β yFAy 且为航路规划当前点与航路规划目标点之间距离的最大值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于基于模糊逻辑推理，将k的确定规则采用模糊集合描述如下如果规划航路所需飞行时间要求TmR低且平台能力PCL弱，则k大； 如果规划航路所需飞行时间要求TmR低且平台能力PCL强，则k中； 如果规划航路所需飞行时间要求TmR中且平台能力PCL中，则k中； 如果规划航路所需飞行时间要求TmR高且平台能力PCL弱，则k中； 如果规划航路所需飞行时间要求TmR高且平台能力PCL强，则k小；最后采用重心法解模糊化得到k的数值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于判断是否进入局部极小准则为如果=O且没有到达目标点，则规划陷入局部极小，或者如果& = -Fn+1且没有到达目标点，则规划陷入局部极小；其中&为第N步规划时虚拟斥力和虚拟引力的矢量和，Fn+1为规划第N+1 步时虚拟斥力和虚拟引力的矢量和。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于如果进入局部极小，进行威胁合并的步骤为5. 1)根据任意两个威胁所对应的规划参数kp k2模糊推理得到两个威胁间CritiDis为临界间距；定义
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于对任意两个威胁所对应的规划参数1^1 进行模糊推理的步骤为如果Ic1大且Ii2大，则CritiDis大； 如果Ic1大且Ii2小，则CritiDis中； 如果Ic1小且Ii2大，则CritiDis中； 如果Ic1小且Ii2小，则CritiDis小。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于对所有威胁进行分组的步骤为.5.3)首先构造邻接矩阵AdjM，该矩阵为方阵，且维数等于威胁的数量。矩阵中的元素可表示为AdjM[i] [j] = CmbVali,」，其中i，j为威胁编号；.5. 4)对邻接矩阵AdjM进行搜索，从而得到威胁分组情况；其中， 第m个威胁组用邻接向量AdjV[m]表示，AdjV [m]中第η个元素可表示为
全文摘要
为解决基于虚拟力航路规划方法出现的局部极小问题，并实现规划过程中实时的自适应规划参数设置，本发明采用基于模糊虚拟力(FVF)的无人机航路规划方法，其采用贝叶斯网络和模糊逻辑推理相结合进行实时的自适应规划参数设置，并提出威胁合并法解决虚拟力法的局部极小问题。本发明的基于模糊虚拟力的无人机航路规划方法包含以下步骤1)设置无人机航路规划的初始条件，包括规划起始点、目标点、威胁分布及属性；2)设置无人机航路规划的迭代步长；3)设置规划参数，从而确定虚拟斥力系数与虚拟引力系数之间的关系；4)进行航路规划；5)判断是否进入局部极小，若是，则进行威胁合并，若否，则继续进行航路规划直至目标点。
文档编号G01C21/24GK102269593SQ201010187959
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者周锐, 李卫琪, 董卓宁, 陈宗基 申请人:北京航空航天大学