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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110209203A(43)申请公布日2019.09.06(21)申请号201910566594.5(22)申请日2019.06.27(71)申请人西安理工大学地址710048陕西省西安市金花南路5号(72)发明人赵太飞许杉曹丹丹李星善(74)专利代理机构北京国昊天诚知识产权代理有限公司11315代理人杨洲(51)Int.Cl.G05D1/12(2006.01)G05D1/10(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称基于5G基站充电坪续航的无人机航迹规划方法(57)摘要本发明公开了基于5G基站充电坪续航的无人机航迹规划方法,方法包括以下步骤:简化航迹;粒子编码;构造适应度函数;给定粒子的速度和位置更新表达式;将当前粒子的位置和适应值更新至历史最优,并确定所有粒子适应度最小的群体全局最优解;若无人机到达目标,则航迹规划结束;若无人机探测到新的环境信息,更新环境动态变化表和航迹,避开威胁区域;若无人机自身电量低至警戒值,则更新一条当前节点至最优充电坪的新航迹;使无人机利用蜂窝基站充电坪进行电能补给;无人机在飞行时会面临突发威胁或者电能不足的情况,通过对航迹的重规划,使得无人机能够进行威胁回避,或者完成在充充电坪的电能续航并飞至航迹目标节点。CN110209203ACN110209203A权利要求书1/2页1.基于5G基站充电坪续航的无人机航迹规划方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1、航迹规划状态空间的简化;步骤2、粒子编码,得到粒子在规划空间中的路径坐标点;步骤3、为了使无人机在满足物理性能和飞行任务的约束下生成地形回避、威胁回避和自主续航的飞行轨迹,构造适应度函数;步骤4、给定粒子的速度和位置更新表达式;步骤5、初始化每个粒子,并根据航迹约束条件检查其有效性,无效的需重新初始化,直到有效为止;步骤6、根据步骤3计算每个粒子的适应值,将当前粒子的位置和适应值更新至历史最优,并确定所有粒子的适应度最小的群体全局最优解;步骤7、判断群体全局最优解是否趋于稳定,如果稳定于某个值,则迭代结束,否则根据步骤4更新粒子;若粒子进化代数达到最大值,则迭代结束,选取一条最优航迹,否则转至步骤6;步骤8、若无人机到达目标,则航迹规划结束,否则进入步骤9;步骤9、若无人机探测到新的环境信息,更新环境动态变化表和航迹,避开威胁区域;若无人机自身电量低至警戒值,则更新一条当前节点至最优充电坪的新航迹,充电完成后更新一条充电坪位置至原始航迹目标节点的新航迹;无人机航迹重规划后转至步骤8。2.根据权利要求1所述的基于5G基站充电坪续航的无人机航迹规划方法,其特征在于,所述步骤1中,航迹规划状态空间的简化是根据地形平行抬高二维航迹曲线投影得到三维航迹。3.根据权利要求1所述的基于5G基站充电坪续航的无人机航迹规划方法,其特征在于,所述步骤2中,粒子编码的具体方式为,将规划起点和终点在x方向进行n+1等分,并在n个等分线上随机初始化y坐标,将n个等分点的坐标值作为粒子编码;粒子总数为N的粒子群表示为Si=(si1,si2,···,sin),则第i个粒子的初始位置为:式中,(xstart,ystart)为起点坐标,(xend,yend)为终点坐标,rand()为[0,1]之间的随机数;在该编码方式下,每个粒子在规划空间中的路径由一系列坐标点:(xstart,ystart),(xi1,yi1),···,(xin,yin)(xend,yend)构成。4.根据权利要求1所述的基于5G基站充电坪续航的无人机航迹规划方法,其特征在于,所述步骤3中,构造适应度函数具体为,在步骤2的基础上采用以下代价函数:式中,li为第i段路径距离约束,一般取两点之间的欧式距离,fi为第i段航迹段的威胁指数,ei为第i段航迹段的耗电量,w1、w2、w3分别为航迹段长度、威胁指数、耗电量所对应的权值。2CN110209203A权利要求书2/2页5.根据权利要求4所述的基于5G基站充电坪续航的无人机航迹规划方法,其特征在于,所述步骤3中,适应度函数的航迹约束条件为:(1)最小航迹段长度约束:无人机开始改变飞行姿态前必须直飞的最短距离;设最小航迹段长度为lmin,则约束表示为li≥lmin;T(2)最大转弯角约束:设αi=(xi-xi-1,yi-yi-1),允许的最大转弯角为θ,则约束表示为航迹规划问题可归纳为在满足航迹约束条件的条件下,求解式(2)的最小值。6.根据权利要求1-5任一项所述的基于5G基站充电坪续航的无人机航迹规划方法,其特征在于,所述步骤4中,给定粒子的速度和位置更新表达式具体过程为,设定在D维空间中,存在N个粒子组成的群体,第i个粒子的位置表示为向量Xi=(xi1,x