申请/专利权人：山东理工大学

申请日：2024-01-15

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN117850456A

主分类号：G05D1/46

分类号：G05D1/46;G05D109/20

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.26#实质审查的生效;2024.04.09#公开

摘要：本发明涉及一种激光盘旋式算法无人机航线规划方法，其步骤为：构建综合威胁模型，利用激光辐射模型计算激光可达性数据集，形成安全飞行区域，构建飞行航线集，执行航线评价和盘旋式动态调整，计算实时飞行航线，采用拟合方法改进最优飞行航线，实现航线可飞行性优化。本发明是考虑到综合威胁与激光的空间关系、飞行安全性和飞机性能等的航线选优问题。其算例结果表明，利用激光盘旋式算法在复杂威胁环境下能实现实时航线的规划，该方法能够给无人机提供实时飞行服务同时提高了飞行的安全性和效率。

主权项：1.一种激光盘旋式算法无人机航线规划方法，其特征采用以下实现步骤：1构建综合威胁模型T，数学描述如下：首先利用公式1～2得到横、纵坐标矩阵x、y和对应的地形威胁值：[x，y]＝meshgrid1：n1 上述公式中，n表示空域综、横向距离，单位为公里，meshgrid、x、y分别为向量离散为矩阵的函数及其生成的横、纵坐标矩阵，中括号“[]”在matlab软件中表示矩阵的符号，冒号“：”表示生成等间距的向量，当间距为1时可以省略，为T1x,y表示对应于坐标x及y的地形威胁值，单位为米；字符“e”表示计算指数的函数；首先利用公式3～6得到横、纵坐标矩阵对应的圆柱形建筑类威胁： xzi＝ri*cost+cxi，i＝1，２，...，m4yzi＝ri*sint+cyi，i＝1，2，...，m5zzi＝zhi，i＝1，2，...，m6公式3～6中，t、r为圆柱形建筑类威胁的离散参数和半径，pi在matlab软件中表示圆周率π，xzi、yzi、zzi分别为第i个圆柱形建筑类威胁的横、纵坐标元素和高程元素，m为圆柱形建筑类威胁的总数，zh为圆柱形建筑类威胁的高度，单位为米；最后利用公式7～13得到用于航线规划的综合威胁模型：xr＝repmat[1：n]′，n，17yr＝repelem1：n，m8[ini，oni]＝inpolygonxr，yr，xzi，yzi9idxi＝ini|oni10T2i＝zxridxi，yridxi＝zzi，i＝1，2，...，m11T2＝[T21，T22，...，T2i，...T2m]12T＝T1+T213公式7～13中，xr、yr为用于圆柱形建筑类威胁定位的平面坐标的横、纵坐标分量，repmat、repelem在matlab软件中表示矩阵重排列和元素复制的函数，符号“′”在matlab软件中为矩阵转置的标记，ini、oni、polygon分别为第i个圆柱形建筑类威胁内部、边界的点在xr、yr的序号元素和用于平面坐标闭合图形选择的函数，T2、T为规划空域内所有圆柱形建筑类威胁的融合值及其与地形威胁的综合值，单位为米；2利用激光辐射模型计算激光可达性数据集：首先利用公式14～15得到规划区域的上方和右方边界点坐标的x轴坐标矢量xb和y轴坐标矢量yb：xb＝[1：n，ones1，n*n]14yb＝[ones1，n*n，1：n]15公式14～15中，[]为矩阵符号，xb、yb分别为靠近目标点的边界点横、纵坐标元素，ones为生成矩阵元素全是1的函数；然后利用公式16～18初始化的激光矢量数据集元素：A＝[xs，ys]16B＝[xb′，yb′]17O＝[x，y]18公式16～18中，A、B、O分别为激光矢量起点坐标、激光矢量终点坐标集和待检测空域内平面点坐标，xs、ys分别为激光模型起点坐标横、纵坐标元素；最后利用公式19～22计算出激光矢量建模求解激光模型cosOAOB：OA＝O-A19OB＝O-B20 公式4～8中，OA、OB分别表示监测点到激光起始点和结束点的距离矢量，cosOAOB为激光矢量建模求解激光模型，norm表示求解范数的函数，tmp指用于累计激光矢量与威胁交点个数的参数，符号“”在matlab软件中为求交集的标志；3形成安全飞行区域，构建飞行航线集：首先利用公式23提取经过威胁点最少的激光矢量集mtv和其在激光矢量集中的序号集mti：[mtv，mti]＝mintmp23公式23中，mtv、mti分别表示经过威胁点最少的激光矢量集和其在激光矢量集中的序号集，min为求最小值的函数；然后利用公式24～26随机选择最安全的激光矢量：xd＝xbmtirand124yd＝ybmtirand125zd＝zxd，yd26公式24～26中，xd、yd、yd分别表示随机选择最安全的激光矢量的三维坐标，rand为生成随机数的函数；利用公式27～28生成随机选择的激光矢量航线P：C＝[xe，ye27P＝[A，[xd，yd，zd]′，C]28公式27～28中，C、xeye分别表示任务终止点及其横坐标和纵坐标，P为随机选择的激光矢量航线；4执行航线评价和盘旋式动态调整，计算实时飞行航线fp：利用公式29～31选择最安全的、航程最短的航线，并对突发威胁进行航线盘旋式调整：[mo，mpi]＝minP29mpi＝[xdifixydizx，y]30[xdi，ydi，zdi]＝mb3dz，x，y，mpi∈Ts31公式29～31中，mp、mpi分别表示最优航线及其对应的序号，fix为截尾取整的函数，Ts表示突发威胁出现的中心位置，mb3d表示执行盘旋式动态调整的函数；5采用拟合方法改进最优飞行航线，实现航线可飞行性优化。

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