專利名稱：：一種基于反饋模糊推理的無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法，特別是一種基于反饋模糊推理的無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法。該方法屬于人工智能領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的環(huán)境主要是敵對(duì)環(huán)境或戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境，這種環(huán)境具有高度的不確定性。威脅環(huán)境中的無人機(jī)航路規(guī)劃是軍用無人機(jī)要解決的關(guān)鍵問題。無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃是在這種具有不確定性的威脅環(huán)境中，通過獲取當(dāng)前位置的環(huán)境信息，同時(shí)考慮自身性能約束，從而做出決策到達(dá)下一個(gè)位置，由此形成一條按某一性能指標(biāo)最優(yōu)或近似最優(yōu)的安全路徑，最終到達(dá)給定目標(biāo)的過程。為了使無人機(jī)能夠成功的規(guī)避威脅體并且以較大的生存概率抵達(dá)目標(biāo)，需要滿足如下性能條件1)全局收斂性只要存在可飛航路就能夠確保無人機(jī)最終抵達(dá)目標(biāo)；2)逃逸能力無人機(jī)能夠從威脅域中迅速逃離；3)路徑平滑性航路滿足無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性能要求；4)航路最優(yōu)或次優(yōu)。由于無人機(jī)的飛行環(huán)境具有高度的不確定性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，這使得傳統(tǒng)的確定性的描述處理方法難以湊效，而模糊推理在這方面卻有著天然的優(yōu)勢(shì)一模糊推理可以利用語(yǔ)言規(guī)則庫(kù)對(duì)當(dāng)前復(fù)雜的環(huán)境信息進(jìn)行處理，從而做出決策。語(yǔ)言規(guī)則庫(kù)則可以由專家憑知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來獲取。模糊推理是建立在扎德提出的模糊集理論基礎(chǔ)上的，是一種處理不精確描述的軟計(jì)算。模糊邏輯的核心概念是語(yǔ)言變量，其不確定性的程度由隸屬度函數(shù)表示。通常，模糊推理所基于的模糊規(guī)則具有這樣的形式規(guī)則i如果X是Ai,那么￥是&(丨=1，…，1)其中，X稱為前件語(yǔ)言變量，Y稱為后件語(yǔ)言變量，前件Ai、后件Bi分別為定義在論域U和V上的語(yǔ)言值。目前應(yīng)用最廣泛的模糊推理方法是扎德提出的模糊規(guī)則合成法。該方法具有簡(jiǎn)單實(shí)用的特點(diǎn)，其基本思想是若“Y是B”為“X是A”的結(jié)論，那么B是由模糊關(guān)系R與前件A合成得到的，而R是由給定的1個(gè)模糊規(guī)則形成的。設(shè)第i條規(guī)則蘊(yùn)涵的模糊關(guān)系Ri為Ri=Ai—Bi(9)則1條規(guī)則蘊(yùn)涵的模糊關(guān)系為R為權(quán)利要求一種基于反饋模糊推理的無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法，其特征在于步驟如下第一步無人機(jī)航路的更新模式?jīng)Q定無人機(jī)當(dāng)前飛行方向的主要有兩個(gè)因素躲避危險(xiǎn)的行為PS和向著目標(biāo)飛行的行為GS；PS保證無人機(jī)能夠規(guī)避危險(xiǎn)，安全飛行；GS保證無人機(jī)最終能夠到達(dá)給定目標(biāo)；這兩種因素最終影響無人機(jī)在當(dāng)前位置的轉(zhuǎn)角，并由下述公式描述Δθ＝wPS·ΔθPS+wGS·ΔθGS(1)其中，Δθ表示無人機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)角，ΔθPS表示由PS決定的參考轉(zhuǎn)角，ΔθGS表示由GS決定的參考轉(zhuǎn)角，wPS和wGS表示二者所占的權(quán)重；轉(zhuǎn)角ΔθPS及其權(quán)重wPS通過模糊推理得到；無人機(jī)在某個(gè)位置一旦獲取了當(dāng)前環(huán)境信息，PS和GS就會(huì)被同時(shí)激活并進(jìn)行獨(dú)立決策，然后通過分配權(quán)值而最終得到無人機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)角，由此計(jì)算出無人機(jī)的下一個(gè)位置，以實(shí)現(xiàn)航路的更新<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mi>k</mi></msub><mo>+</mo><mi>v&Delta;</mi><mi>t</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&theta;</mi><mi>k</mi></msub><mo>+</mo><mi>&Delta;</mi><msub><mi>&theta;</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mi>k</mi></msub><mo>+</mo><mi>v&Delta;</mi><mi>t</mi><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&theta;</mi><mi>k</mi></msub><mo>+</mo><mi>&Delta;</mi><msub><mi>&theta;</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中，(xk，yk)表示無人機(jī)當(dāng)前位置的坐標(biāo)，(xk+1，yk+1)表示無人機(jī)下一個(gè)位置的坐標(biāo)，Δθk表示無人機(jī)在當(dāng)前位置的轉(zhuǎn)角，v表示無人機(jī)的飛行速率，Δt表示兩個(gè)位置間的飛行時(shí)間間隔；第二步模糊規(guī)則庫(kù)的建立首先，建立關(guān)于ΔθPS的模糊規(guī)則庫(kù)無人機(jī)的探測(cè)范圍為一個(gè)半圓，將其分成左、前、右三個(gè)圓心角均為60°的扇形區(qū)域，分別用扇形危險(xiǎn)指數(shù)αl、αf和αr表示無人機(jī)左方、前方和右方的危險(xiǎn)程度；以此建立以扇形危險(xiǎn)指數(shù)αf為前件，以參考轉(zhuǎn)角ΔθPS為后件的模糊規(guī)則庫(kù)；其次，建立關(guān)于wPS的模糊規(guī)則庫(kù)參考轉(zhuǎn)角ΔθPS的權(quán)重wPS由當(dāng)前位置整個(gè)環(huán)境對(duì)無人機(jī)的危險(xiǎn)程度決定；當(dāng)前位置整個(gè)環(huán)境的危險(xiǎn)程度用半圓危險(xiǎn)指數(shù)βc來表示；以此建立以半圓危險(xiǎn)指數(shù)βc為前件，以權(quán)重wPS為后件的模糊規(guī)則庫(kù)；第三步模糊前件的獲取通過將扇形危險(xiǎn)指數(shù)αf和半圓危險(xiǎn)指數(shù)βc模糊化得到模糊推理所需的模糊前件；第四步反饋模糊推理將αf和βc模糊化后，使用反饋模糊推理方法進(jìn)行模糊推理得到模糊后件ΔθPS和wPS；第五步解模糊經(jīng)過解模糊得到參考轉(zhuǎn)角ΔθPS和其權(quán)重wPS的值；其中，若αl≥αr，則ΔθPS取負(fù)號(hào)；若αl＜αr，則ΔθPS取正號(hào)；第六步確定其余參量首先，確定wGS權(quán)重wGS可以由wPS得到wGS＝1wPS(3)其次，確定ΔθGS參考轉(zhuǎn)角ΔθGS有兩種確定方式對(duì)目標(biāo)飛行模式和威脅體邊界跟蹤模式；如果當(dāng)前在機(jī)目連線上有威脅體存在，無人機(jī)將按照威脅體邊界跟蹤模式飛行；否則，無人機(jī)將按照對(duì)目標(biāo)飛行模式飛行；第七步確定無人機(jī)的下一個(gè)位置在各個(gè)參數(shù)確定后，根據(jù)公式(5)計(jì)算出無人機(jī)的下一個(gè)位置；由此，無人機(jī)便完成了一次位置更新，直至到達(dá)目標(biāo)；第八步設(shè)計(jì)結(jié)束。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于反饋模糊推理的無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法，其特征在于所述第四步驟中，反饋模糊推理方法設(shè)計(jì)如下設(shè)給定模糊關(guān)系為R，無人機(jī)在時(shí)間內(nèi)獲取的前件序列為{A°，A1,…，At-1I,經(jīng)過反饋模糊推理得到的相應(yīng)的后件序列為{B°，B1,…，BtI，在t時(shí)刻獲取的前件為At；將t時(shí)刻的反饋信息Ft設(shè)計(jì)為F'=U(A'^Bi)(4)3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于反饋模糊推理的無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法，其特征在于所述第六步驟中，將對(duì)目標(biāo)飛行模式和威脅體邊界跟蹤模式設(shè)計(jì)如下①在對(duì)目標(biāo)飛行模式下，參考轉(zhuǎn)角△θes受兩個(gè)角度的約束；第一個(gè)角度為無人機(jī)飛行方向與機(jī)-目連線的夾角θf;第二個(gè)角度為無人機(jī)所允許的最大轉(zhuǎn)角θ_；由此可得全文摘要本發(fā)明涉及一種基于反饋模糊推理的無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法，其步驟如下第一步無人機(jī)航路的更新模式；第二步模糊規(guī)則庫(kù)的建立；第三步模糊前件的獲??；第四步反饋模糊推理方法的設(shè)計(jì)；第五步解模糊；第六步確定其余參量；第七步確定無人機(jī)的下一個(gè)位置；第八步設(shè)計(jì)結(jié)束。本發(fā)明與現(xiàn)有的無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法相比，本發(fā)明通過應(yīng)用反饋模糊推理方法使無人機(jī)具備了初步的自主學(xué)習(xí)能力，從而提高了航路規(guī)劃的效果。按本發(fā)明設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法不僅航路短、路徑平滑，而且具有全局收斂性，并且容易實(shí)現(xiàn)，為工程應(yīng)用提供了一種更加實(shí)用和可靠的無人機(jī)實(shí)時(shí)航路規(guī)劃方法。文檔編號(hào)G06N7/02GK101963508SQ20101026490公開日2011年2月2日申請(qǐng)日期2010年8月27日優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日發(fā)明者林樹民,蔡開元,鄭征申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)