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申请/专利权人：沈阳航空航天大学

摘要：本发明提供了一种反制低空空域飞行器的执法无人机路径规划方法，包括：基于执法无人机运动场景的环境信息，建立执法无人机路径规划空间的模拟环境地图，通过模拟环境地图设置目标函数；基于目标函数，利用改进的A*算法预规划执法无人机的路径；执法无人机基于预规划的路径飞行过程中，采用粒子群优化方法进行局部避障，从而获取最优路径；判定黑飞飞行器的位置变化是否超过设定阈值，超过设定阈值则重新回到设置全局规划路径阶段。通过对执法无人机的路径规划，使其能够快速、安全地飞抵黑飞飞行器处，进而对其近距离实施打击，解决了传统手持式反无人机系统的发射功率大、目标定位不精确、引入二次威胁等问题。

主权项：1.一种反制低空空域飞行器的执法无人机路径规划方法，其特征在于，所述执法无人机路径规划方法包括：设置目标函数，基于执法无人机运动场景的环境信息，建立所述执法无人机路径规划空间的模拟环境地图，通过所述模拟环境地图设置目标函数；全局规划路径，基于所述目标函数，利用改进的A*算法预规划所述执法无人机的路径；局部规划路径，所述执法无人机基于预规划的所述路径飞行过程中，采用粒子群优化方法进行局部避障，从而获取最优路径；重新规划路径，判定黑飞飞行器的位置变化是否超过设定阈值，超过所述设定阈值则重新回到设置所述全局规划路径阶段；其中，建立所述执法无人机路径规划空间的模拟环境地图包括：通过所述执法无人机携带的传感器获取障碍物信息和所述黑飞飞行器位置，对所述执法无人机飞行空间中的障碍物信息进行规则化处理，生成模拟环境地图，用空间里点x,y,z的集合表示执法无人机飞行空间，x,y表示该点的水平位置，z表示该点的高度数据；所述集合为{x,y,z|xmin≤x≤xmax，ymin≤y≤ymax，zmin≤z≤zmax}；其中，所述执法无人机飞行空间的边界由xmin,ymin,zmin和xmax,ymax,zmax进行限制；所述目标函数为：先将所述执法无人机的飞行空间路径分成n段，对其中第1,2,…,n-1个节点计算代价，xi，yi，zi为所述飞行空间路径上第i个点的坐标；基于所述无人机的飞行空间路径，建立路径规划的所述目标函数： 式中，J为总的目标函数，即执法无人机的实际代价；ωi为权重因子，其针对不同任务场景人为设置，ω1、ω2、ω3分别对应威胁代价J1、路径长度代价J2和高度代价J3；J1为威胁源代价；Lij为起始位置到黑飞飞行器的距离；tk为威胁因子，即障碍物对执法无人机的影响程度；d1,k为第k个障碍物与飞行空间路径上第1个点之间的距离，d2,k为第k个障碍物与飞行空间路径上第2个点之间的距离；Nt为障碍物的总数量；J2为路径长度代价，由路径上相邻两节点的欧式距离||XiXi+1||累加得到；J3为高度代价，定义为执法无人机路径平均高度；所述全局规划路径包括：对A*算法重新构建评价函数：F＝J+J＇式中，F为执法无人机从起点经过当前节点到黑飞飞行器的代价估计；J为执法无人机从起点到当前节点的实际代价；J＇为执法无人机从当前节点到黑飞飞行器的最佳路径的估计代价，定义为当前节点到黑飞飞行器的欧氏距离；利用改进的A*算法预规划所述执法无人机的路径，只对满足约束条件的节点进行代价评估，所述约束条件包括：最大偏航角约束，所述最大偏航角为所述执法无人机可飞航迹的最大转弯角，设航迹点坐标为xi，yi，zi，则路径中某一航段向量表示为pi＝xi-xi-1，yi-yi-1，zi-zi-1,最大偏航角应满足：最大俯仰角约束，最大俯仰角为执法无人机进行爬升或俯冲的最大角度，最大偏航角应θmax满足：基于所述评价函数F和所述约束条件，以所述执法无人机当前位置为起点，黑飞飞行器位置为终点，通过改进的A*算法进行全局规划路径，得到代价最低，即F最小的路径作为主路径，引导所述执法无人机飞行；采用粒子群优化方法进行局部避障包括如下步骤：步骤301，在所述主路径附近随机选取初始数据进行算法的初始化；步骤302，评价每个粒子的初始适应度值，即代入目标函数J，将初始适应度值作为当前粒子的局部最优值，将所有粒子的最佳局部最优值作为当前全局最优值；步骤303，根据以下公式更新粒子的位置和速度，并计算适应度值： 式中，xi表示粒子的位置；vi表示粒子的速度；ω为惯性权重，c1、c2为学习因子，r1、r2为[0,1]范围内的随机数，pbesti为局部最优解，gbesti为全局最优解；步骤304，根据适应度值的大小更新每个粒子的pbest、gbest，将每个粒子的适应度值与其历史局部最优值比较，选取最小值作为该粒子当前的局部最优值pbest，将每个粒子的适应度值与历史全局最优值比较，选取最小值作为该粒子当前的全局最优值gbest；步骤305，若未达到所设置最大迭代次数则转至步骤303，否则算法结束；其中，算法迭代结束后得到的gbest即为能够完成飞行任务目标且保证所述执法无人机安全飞行的局部最优路径；所述主路径是由若干散点连接而成的折线，在所述主路径上的散点附近随机选取若干数量的散点作为初始数据，对粒子群优化算法进行初始化。

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