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      一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)與流程

      文檔序號:11944504閱讀:來源:國知局

      技術(shù)特征:

      1.一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法,其特征在于,包括以下步驟:

      步驟1.對無人機飛行的空間進行三維網(wǎng)格劃分,得網(wǎng)格節(jié)點,構(gòu)建網(wǎng)格圖,在所述網(wǎng)格圖上標(biāo)注無人機的起始點和目標(biāo)點,以及標(biāo)注無人機飛行空間內(nèi)的雷達分布和地形信息;

      步驟2.根據(jù)無人機飛行空間內(nèi)的雷達分布和地形信息構(gòu)建飛行威脅模型,同時根據(jù)無人機的飛行技術(shù)參數(shù)構(gòu)建飛行限定模型;

      步驟3.根據(jù)飛行威脅模型和飛行限定模型在無人機的起始點和目標(biāo)點之間構(gòu)建飛行路線;

      步驟4.通過混沌遺傳算法對飛行路線進行優(yōu)化,確定最終飛行路線。

      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法,其特征在于,所述飛行威脅模型具體為:min W=k1Jthreat+k2Jfuel

      其中Jthreat為雷達威脅代價,k1(k1∈(0,1))為雷達威脅代價的權(quán)重,Jfuel為燃油代價,k2(k2∈(0,1))為燃油代價的權(quán)重。

      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法,其特征在于,所述飛行限定模型包括:

      無人機在遇到障礙物時改變姿態(tài)直飛的距離r小于無人機的起始點至障礙點之間的距離Smin,r<Smin

      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法,其特征在于,所述飛行限定模型包括:

      無人機在檢測到障礙物時懸停的時間t大于無人機控制響應(yīng)的最短時長Tmin,Tmin<t。

      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法,其特征在于,所述飛行限定模型包括:

      飛行路線的高度H大于無人機飛行設(shè)定的最低飛行高度Hmin,且小于無人機飛行設(shè)定的最高飛行高度Hmax,Hmin<H<Hmax。

      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法,其特征在于,所述飛行限定模型包括:

      飛行路線的距離L小于無人機飛行極限距離的二分之一,L<Lmax/2。

      7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法,其特征在于,所述飛行限定模型包括:無人機沿著x坐標(biāo)軸的正方向飛行,當(dāng)前所在節(jié)點的坐標(biāo)為(x1,y1,z1),下一節(jié)點的坐標(biāo)為(x2,y2,z2),無人機在水平方向和垂直方向偏轉(zhuǎn)的最大角度Ф滿足:

      <mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>|</mo> <mi>arctan</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>&phi;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>|</mo> <mi>arctan</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>z</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>z</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>;</mo> </mrow>

      其中Фmax為無人機水平方向偏轉(zhuǎn)的極限角度;уmax為無人機垂直方向偏轉(zhuǎn)的極限角度。

      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法,其特征在于,通過混沌遺傳算法對飛行路線進行優(yōu)化具體包括以下步驟:

      步驟4.1.利用混沌運動Logistic映射方程xk+1=uxk(1-xk) (1),隨機生成初始混沌序列,其中u是控制參數(shù),當(dāng)u=4時,上式完全處于混沌狀態(tài),且在[0,1]內(nèi)是遍歷的;

      步驟4.2.將一次產(chǎn)生的混沌變量XK按(2)式映射成新的混沌變量X,同時將整個遍歷區(qū)間[0,1]映射到優(yōu)化變量的取值區(qū)間[a,b];

      <mrow> <mi>X</mi> <mo>=</mo> <mi>a</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>x</mi> <mi>i</mi> <mi>k</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>b</mi> <mo>-</mo> <mi>a</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

      步驟4.3.利用所述混沌變量,進行混沌搜索;

      通過混沌發(fā)生器產(chǎn)生的隨機步長在無人機執(zhí)行任務(wù)的區(qū)間范圍[a,b]內(nèi)對飛行路線進行擾動,同時飛行路線實時根據(jù)目標(biāo)點和初始點連線的偏離程度Li以及無人機距離威脅的最近距離Ci,計算飛行路線中路段個體的適值f(X),得到路段個體的適值由高到低進行排序,對適值低的10%路段個體進行淘汰,剩下適值高的90%路段個體;

      步驟4.4.循環(huán)步驟4.1至步驟4.3直到路段個體數(shù)量達到設(shè)定規(guī)模,組合成初始種群;

      步驟4.5.在初始種群中適值高的90%個體中隨機選擇兩個配對個體,按混沌交叉規(guī)律進行交叉操作;

      步驟4.6.將配對個體按混沌變異規(guī)律進行變異操作,得多個變異個體,將多個變異個體與初始種群中適值排序中前10%的個體進行合并構(gòu)成二代種群;

      步驟4.7.對二代群體中兩個相同個體中的一個進行刪除,同時對二代種群中適值排序中后10%的個體進行淘汰,得二代種群中適值高的90%個體;

      步驟4.8.對二代種群中適值高的90%個體進行混沌遺傳操作,生成多個遺傳個體,并構(gòu)成遺傳種群,將遺傳種群中適值低的90%個體進行淘汰,得遺傳種群中適值高的10%個體;

      步驟4.9.將遺傳種群中適值高的10%個體進行解碼,規(guī)劃得出最終的無人機飛行路徑。

      9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃方法,其特征在于,適值計算具體為:

      <mrow> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>X</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mfrac> <mrow> <mi>L</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mi>d</mi> <mn>0</mn> </mrow> </mfrac> <mo>*</mo> <mfrac> <mn>10</mn> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>min</mi> </mrow> </mfrac> <mo>*</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

      其中是路徑偏離目標(biāo)點與初始點連線的偏離程度懲罰系數(shù);

      Li是第i路徑點到目標(biāo)點的距離,d0為航路段的長度,通常根據(jù)無人機的導(dǎo)航方式確定;

      (N-i)*d0是沿著初始點與目標(biāo)連線方向的距離,li是路徑段的實際距離;其中是安全性的懲罰系數(shù);

      di,min是第i路徑段路徑距離威脅的最近距離,Ci為路徑的目標(biāo)點與其前一點之間的偏轉(zhuǎn)角滿足約束的懲罰系數(shù)。

      10.一種無人機應(yīng)急通信路徑規(guī)劃系統(tǒng),其特征在于,包括:

      劃分模塊(1),用于對無人機飛行的空間進行三維網(wǎng)格劃分,得網(wǎng)格節(jié)點,構(gòu)建網(wǎng)格圖,在所述網(wǎng)格圖上標(biāo)注無人機的起始點和目標(biāo)點,以及標(biāo)注無人機飛行空間內(nèi)的雷達分布和地形信息;

      建模模塊(2),用于根據(jù)無人機飛行空間內(nèi)的雷達分布和地形信息構(gòu)建飛行威脅模型,同時根據(jù)無人機的飛行技術(shù)參數(shù)構(gòu)建飛行限定模型;

      構(gòu)建路線模塊(3),用于根據(jù)飛行威脅模型和飛行限定模型在無人機的起始點和目標(biāo)點之間構(gòu)建飛行路線;

      篩選模塊(4),用于通過混沌遺傳算法對飛行路線進行篩選,得確定飛行路線。

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