多UAV协同轨迹规划方法及系统、设备、存储介质.pdf

(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CN113703483A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202111011675.2(22)申请日2021.08.31(71)申请人湖南苍树航天科技有限公司地址410003湖南省长沙市开福区伍家岭街道科大佳园社区活动中心3层301号(72)发明人刘宝宏(74)专利代理机构长沙智嵘专利代理事务所(普通合伙)43211代理人颜汉华(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书4页说明书14页附图5页(54)发明名称多UAV协同轨迹规划方法及系统、设备、存储介质(57)摘要本发明公开了一种多UAV协同轨迹规划方法及系统、设备、存储介质，所述多UAV协同轨迹规划方法先建立协同轨迹优化的约束模型和目标函数，将协同轨迹规划问题描述为参数最优化问题，然后，结合飞行器性能模型，采用B样条曲线参数化表示UAV轨迹，最后采用进化方法对参数最优化问题进行求解，得到满足空间协同要求和时间协同要求的协同轨迹，实现了多UAV轨迹间的时空协同。CN113703483ACN113703483A权利要求书1/4页1.一种多UAV协同轨迹规划方法，其特征在于，包括以下内容：步骤S1：对每个UAV在协同轨迹规划中的约束条件和代价函数进行建模；步骤S2：采用B样条曲线表示每个UAV的轨迹；步骤S3：采用进化算法对多UAV协同轨迹规划问题进行求解，得到满足空间协同要求和时间协同要求的协同轨迹。2.如权利要求1所述的多UAV协同轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S1中的约束条件包括飞机机动性能约束、敌方威胁约束、飞行禁飞区约束、地形约束、终端位置约束、空间协同约束和时间协同约束；其中，飞机机动性能约束表示为：h(t)为飞行高度，V(t)为真空速，γ(t)为俯仰角，ψ(t)为航向角，μ(t)滚转角；敌方威胁约束表示为：||·||2表示两点之间的距离，和分别为第i个威胁的中心坐标及作用半径，(x(t)，y(t),h(t))为UAV在t时刻的位置坐标；飞行禁飞区约束表示为：和分别为第i个飞行禁飞区的中心坐标及半径，NNFZ为飞行禁飞区的数量；地形约束表示为：h(t)‑hij(t)≥Δh，h(t)为飞机的飞行高度，hij(t)为点(i,j)的地形高度，Δh为最小安全高度阈值；终端位置约束表示为：(xf,yf,hf)表示武器投放点位置，(Δx,Δy,Δh)表示给定的允许偏差，(xAAR，yAAR,hAAR)为武器可投放区的中心点坐标；空间协同约束表示为：||vpi(k)‑vpj(k)||2≥dsafe,vpi(k)为第i个UAV的k时刻轨迹点，dsafe为UAV间的最小安全间隔距离，Nv为UAV数量；时间协同约束表示为：Ts+Δi≤Ti≤Ts+Δi+τi,i＝1,…,N，Ts为第一个UAV的到达时间，Ti为第i个UAV的到达时间，Δi表示第i个UAV与第一个UAV之间的时间窗，Δ1＝0，τi表示第i个UAV的飞行持续时间。3.如权利要求2所述的多UAV协同轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S1中的代价函数包括UAV的飞行距离代价函数、飞行高度代价函数、威胁代价函数、协同代价函数和综合代价函数；2CN113703483A权利要求书2/4页其中，飞行距离代价函数表示为：PLRi为第i个UAV的飞行距离代价，为第i个UAV的第j个坐标点，N为轨迹点数量，lmin为最小飞行距离，用第i个UAV的起点到终点的直线距离表示；飞行高度代价函数表示为：MFDi为第i个UAV的飞行高度代价，为第i个UAV的第j个坐标点，为该点的地形高度，hsafe表示飞行的最小安全高度，N为轨迹点数量；威胁代价函数用雷达探测概率表示：PRDi为组网雷达系统对第i个UAV的探测概率，Pd(r)为第r个雷达对目标的探测概率，Rpr为第i个UAV的轨迹点p到雷达r的距离，Pf表示雷达系统的虚警概率，为雷达r的最大探测距离，K表示与雷达威力相关的归整化因子，σ为RCS值，LoS(p,r)为点p到点r的通视性判断方法，当两点间能够通视时为正，否则为负；协同代价函数表示为：ACi为第i个UAV与其它UAV的协同代价，为第i个UAV的第k个轨迹点，为第j个UAV的第l个轨迹点，dsafe为UAV间的最小安全间隔距离，为第i个UAV达到第k个轨迹点的时间，为第j个UAV达到第l个轨迹点的时间，tmin为两架UAV到达同一个轨迹点的最小安全间隔时间，Ni和Nj分别为第i个UAV及第j个UAV的轨迹点数量；123综合代价函数表示为：Ji＝PwiL+Riwi+M，Ji为第i个UAV的综合代价，为权系数，4.如权利要求3所述的多UAV协同轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S2中采用3次43CN113703483A权利要求书3