[发明专利]一种应用遗传算法和编码进行三维航迹规划的优化方法

说明书

本发明提供了一种应用遗传算法进行三维航迹规划的编码方法，把三维空间分割成为不同四面体的集合，通过右手定则，利用已知的航迹确定编码，再通过已知的编码还原航迹，利用本发明提出的编码方法，把三维空间中的一条航迹用一行代码表示，还可以由一行代码在三维空间中还原出一条航迹，并且为遗传算法在三维空间内的有效使用搭建一个平台，使遗传算法这个效率高，效果好的优化算法成功应用在三维航迹规划领域。

技术领域

本发明涉及三维空间航迹规划领域，尤其是遗传算法。

背景技术

目前遗传算法在轨迹规划中的应用主要在二维领域，用一行数字代码来表示航迹，然后进行遗传算法搜索运算，技术已经相当成熟和全面：

“一种改进遗传算法在UCAV快速航迹规划中的应用”——顾潮琪，火力与指挥控制，2015，Vol.40No.2。该论文使用改进遗传算法进行二维环境内进行航迹规划研究，并增强了算法应对突发威胁的能力。

“基于遗传算法的实时航迹规划的研究”——唐晓东，弹箭与制导学报，2015，Vol.34No.1。该论文使用遗传算法在二维环境内对多无人机协同航迹规划进行研究，并满足了任务实时性的要求。

“Pareto Genetic Path Planning Hybridized with Multi objectiveDijkstra Algorithm”，Lavinia Ferariu，Proceedings of the 18th InternationalConference on System Theory,Control and Computing,Sinaia,Romania,October 17-19,2014。该论文使用遗传算法和图论知识相结合的航迹规划研究。

以上文献说明，遗传算法在二维航迹规划领域是一种切实有效的方法。但实际飞行环境是复杂的三维空间，二维航迹规划实用性但是在三维空间内，由于没有一套合理的编码方式能够完美的表示航迹，所以目前遗传算法在三维航迹规划中的应用有很大局限性。

“基于遗传算法的多约束三维航迹规划方法研究”——彭建亮，Proceedings ofthe270 Chinese Control Conference，July 16—18，2008，Kunming，Yunnan，China。该论文首先限定了无人机的飞行高度，然后在固定高度上利用遗传算法对航迹进行优化。这种方法由于高度信息不能改变，考虑的并不全面。

上述文献必须在高度一定的情况下才能由编码确定航迹，极大的限制了遗传算法的搜索空间，得到的结果不是全局最优解。

所以在三维航迹规划领域，还没有一套编码理论能够完成由编码到航迹，再有航迹到编码的转换。本专利提出的编码方法填补了这一区域的空白。

发明内容

遗传算法是一种效率高，效果好的优化算法，在二维航迹规划领域的应用已十分广泛，但目前在三维航迹规划领域的应用还有很大局限性。主要原因是在三维环境内，还没有一套编码理论能够完美的表示运动轨迹，而遗传算法主要内容是对“染色体”和“基因”进行交叉算子和变异算子。作为“染色体”和“基因”的编码不能完美的表示航迹，所以遗传算法在三维空间的使用有很大的局限性。

为了克服现有技术的不足，本发明提出的三维空间编码理论，利用已知的威胁位置对三维空间进行分割和建模，把空间分割成紧密相连四面体的组合，这些四面体的顶点组成了一个三维空间网络框架，再根据航迹的位置定义框架上每一个节点的编码。这样三维航迹就可以用一行代码完美的表示。为遗传算法在三维空间的航迹优化中的应用搭建了一个平台。

本发明发明内容分为两部分，第一部分为已知的航迹确定编码，第二部分为已知的编码还原航迹，两部分使用的编码理论相同。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

(一)航迹已知，确定编码