一种飞机航路规划方法与流程

本申请属于飞机航路规划技术领域，具体涉及一种飞机航路规划方法。

背景技术：

飞机执行飞行任务，为避免受到威胁源的威胁，需预先对其飞行航路进行规划，以期能够有效的避开各类分散散布的威胁源。

当前多基于a*算法对飞机飞行航路进行规划，该种技术方案存在以下缺陷：

1)、采用全连接方式，在三维态势环境下解空间巨大，预生成的辅助航路点数量众多，难以满足飞机航路规划的时效要求；

2)、基于其规划的航路仅能够规避静态威胁源，不能够有效规避动态威胁源。

鉴于现有技术的上述缺陷提出本申请。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种飞机航路规划方法，以克服或减轻现有技术至少一方面的缺陷。

本申请的技术方案是：

一种飞机航路规划方法，包括：

步骤一、对态势空间进行离散化处理，得到多个离散点；

步骤二、生成各个离散点的启发式因子矩阵；

步骤三、以规划起点处离散点为当前规划点；

步骤四、选取当前规划点范围内满足飞机安全飞行条件的离散点，组成其的下一规划点的集合；

步骤五、判断集合是否为空；

步骤六、若集合不为空，则基于启发式因子矩阵及其信息素矩阵自集合中选取一个下一规划点更新当前规划点；判断当前规划点是否为规划终点处离散点，若否，则返回步骤四；若是，则搜索得到并保存规划航路；

步骤七、若集合为空，则搜索得到并保存规划航路。

根据本申请的至少一个实施例，步骤一中，得到的离散点中各相邻离散点的距离不小于飞机最小飞机距离。

根据本申请的至少一个实施例，步骤二中，生成的启发式因子矩阵中，规划终点处离散点的启发式因子为1，处于威胁源范围内离散点的启发式因子为0，其余离散点的启发式因子为其与规划终点距离的倒数。

根据本申请的至少一个实施例，步骤四中，集合中各个下一规划点位于当前规划点一个或多个设定步长范围内，其中，设定步长不小于飞机最小飞机距离。

根据本申请的至少一个实施例，步骤四中，集合中各个下一规划点满足以下条件：

与当前规划点的连线不穿过威胁源区域；

与当前规划点的连线满足飞机最大爬升率要求；

与当前规划点的连线满足飞机最大下滑率要求；

与当前规划点、当前规划点的上一规划点构成的转弯角度不小于飞机最小转弯角度。

根据本申请的至少一个实施例，步骤六中，基于启发因子矩阵及其信息素矩阵自集合中选取一个下一规划点更新为当前规划点，具体为：

基于启发因子矩阵及其信息素确定集合中各个下一规划点被选取的概率；

基于集合中各个下一规划点被选取的概率，以随机算法随机选取集合中一个下一规划点更新为当前规划点。

根据本申请的至少一个实施例，步骤六中，基于启发因子矩阵及其信息素确定集合中各个下一规划点被选取的概率，具体为：

p＝tau^alpha+eta^beta；其中，

p包括有各个下一规划点被选取的概率；

tau为信息素矩阵；

alpha为信息素重要程度；

eta为启发式因子矩阵；

启发式因子重要程度beta。

根据本申请的至少一个实施例，步骤六中，随机算法包括轮盘赌算法。

根据本申请的至少一个实施例还包括：

步骤八、判断是否达到最大迭代次数，若否，则更新信息素矩阵，返回步骤三；若是，则以保存的规划航路中代价最小的为最终规划航路。

根据本申请的至少一个实施例，步骤八中，更新信息素矩阵具体为：

其中，

tau为更新后的信息素矩阵；

rho为信息素挥发系数；

tau0为更新前的信息素矩阵；

q为信息素增加系数；

lk为规划航路的代价。

附图说明

图1是本申请实施例提供的飞机航路规划方法流程图；

图2是本申请实施例提供的态势空间中规划起点、规划终点、离散点分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

一种飞机航路规划方法，包括：

步骤一、对态势空间进行离散化处理，得到多个离散点；

步骤二、生成各个离散点的启发式因子矩阵；

步骤三、以规划起点处离散点为当前规划点；

步骤四、选取当前规划点范围内满足飞机安全飞行条件的离散点，组成其的下一规划点的集合；

步骤五、判断集合是否为空；

步骤六、若集合不为空，则基于启发式因子矩阵及其信息素矩阵自集合中选取一个下一规划点更新当前规划点；判断当前规划点是否为规划终点处离散点，若否，则返回步骤四；若是，则搜索得到并保存规划航路；

步骤七、若集合为空，则搜索得到并保存规划航路。

对于上述实施例公开的飞机航路规划方法，本领域技术人员可以理解的是，其基于tsp实现对飞机航路的规划，采用启发式随机算法完成规划航路的求解，不需要预先生成任何辅助航路点，具有较快的收敛速度，可满足时效性要求，此外，其可自适应确定启发式算法需要设置的参数，较少人工干预，满足继承和复用需求。

在一些可选的实施例中，步骤一中，得到的离散点中各相邻离散点的距离不小于飞机最小飞机距离。

在一些可选的实施例中，步骤二中，生成的启发式因子矩阵中，规划终点处离散点的启发式因子为1，处于威胁源范围内离散点的启发式因子为0，其余离散点的启发式因子为其与规划终点距离的倒数。

对于上述实施例公开的飞机航路规划方法，本领域技术人员可以理解的是，生成的启发式因子矩阵中，将处于威胁源范围内离散点的启发式因子为0，即在一定程度上将处于威胁源范围的离散点过滤掉，不参与航路规划的求解，以使得到的规划航路可有效躲避威胁源。

在一些可选的实施例中，步骤二中，威胁源包括静态威胁源、动态威胁源，以此使得到的规划航路可同时有效躲避静态威胁源、动态威胁源。

在一些可选的实施例中，步骤四中，集合中各个下一规划点位于当前规划点一个或多个设定步长范围内，其中，设定步长不小于飞机最小飞机距离。

在一些可选的实施例中，步骤四中，集合中各个下一规划点满足以下条件：

与当前规划点的连线不穿过威胁源区域，以避免得到的规划航路经过威胁源；

与当前规划点的连线满足飞机最大爬升率要求，与当前规划点的连线满足飞机最大下滑率要求，与当前规划点、当前规划点的上一规划点构成的转弯角度不小于飞机最小转弯角度，以此使得到的规划航路可能够满足飞机飞行自身性能的约束。

在一些可选的实施例中，步骤六中，基于启发因子矩阵及其信息素矩阵自集合中选取一个下一规划点更新为当前规划点，具体为：

基于启发因子矩阵及其信息素确定集合中各个下一规划点被选取的概率；

基于集合中各个下一规划点被选取的概率，以随机算法随机选取集合中一个下一规划点更新为当前规划点。

在一些可选的实施例中，步骤六中，基于启发因子矩阵及其信息素确定集合中各个下一规划点被选取的概率，具体为：

p＝tau^alpha+eta^beta；其中，

p包括有各个下一规划点被选取的概率；

tau为信息素矩阵；

alpha为信息素重要程度；

eta为启发式因子矩阵；

启发式因子重要程度beta。

在一些可选的实施例中，步骤六中，随机算法包括轮盘赌算法。

在一些可选的实施例中，还包括：

步骤八、判断是否达到最大迭代次数，若否，则更新信息素矩阵，返回步骤三；若是，则以保存的规划航路中代价最小的为最终规划航路。

对于上述实施例公开的飞机航路规划方法，本领域技术人员可以理解的是，其通过控制最大迭代次数，选取规划航路中代价最小的为最终规划航路，以实现对规划航路的寻优。

在一些可选的实施例中，步骤八中，计算规划航路代价时，充分考虑飞机的最小飞行距离、最大爬升率、最大下滑率、最小转弯角度。

在一些可选的实施例中，通过定义航路惩罚度来代表规划航路代价，包括安全惩罚度和性能约束惩罚度。

在一些可选的实施例中，步骤八中，更新信息素矩阵具体为：

其中，

tau为更新后的信息素矩阵；

rho为信息素挥发系数；

tau0为更新前的信息素矩阵；

q为信息素增加系数；

lk为规划航路的代价。

对于上述实施例公开的飞机航路规划方法，本领域技术人员可以理解的是，其改变了基本蚁群算法中信息素更新原则，可提高规划航路的求解精度。

在一些可选的实施例中，还包括：

步骤九、对最终规划航路进行航路平滑处理。

在一些可选的实施例中，步骤九中，航路平滑处理包括：

从规划起点向规划终点平滑处理；

从规划终点向规划起点平滑处理。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。