[发明专利]面向变化环境的超低空飞行器三维多批多航迹规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维航迹规划领域，具体涉及一种面向变化环境的超低空飞行器三维多批多航迹规划方法。

背景技术

航迹规划是随着现代科技进步而兴起的一门新兴技术，它是任务规划系统中的重要一部分。该技术现在已被广泛应用于各种系统中，如飞行器、潜艇、车辆等路径规划系统中。无人飞行器航迹规划则是在一系列物理及任务的限制条件下所进行的为飞行器规划最满意或达到任务需求程度航迹的过程，航迹规划需解决的是将这些约束与航迹规划目标相结合，寻找多约束下的最优航迹。因此从上述定义来看，航迹规划就是将明确的规划目标与各种限制函数相匹配的最优化问题。

在国内外众学者的众多研究成果当中，为了减小搜索空间，提高算法的收敛速度，大多数情况下往往只考虑二维平面内的航迹搜索，将水平面和垂直平面的规划问题分开考虑。诸如通视图法、随机路线图法、轮廓图法，人工势场法等方法都可以对二维路径进行规划。

但二维规划很难有效地同时考虑地形跟随、地形回避和威胁回避，尤其对于低空突防航迹规划。因此在此基础上众多学者开始进行三维航迹规划的研究。但在三维路径规划方面，由于约束条件众多，模型相对复杂，因此研究成果相对较少。方法主要有粒子群优化算法、遗传算法、蚁群算法、禁忌搜索及启发式搜索等。

不论是二维或三维规划，无人机领域的研究均占了大多数。但与无人机相比，这里所要研究的目标飞行器具有飞行高度低，巡航时飞行速度变化范围小，自主规避与导航能力较差，对回避自然障碍物的要求高等有别于其他飞行器的自身固有特点。因此虽然在航迹规划方法上有可以借鉴之处，但在对此类超低空飞行器进行规划时还是需要把其固有特点转化为相应的约束条件。

此外，在目标研究方面，不仅需要对单阶段多飞行器的协同规划进行研究，为了适应当今的任务需求还需要对多阶段多飞行器航迹规划进行研究，实现多机协同执行任务等功能，最终使得任务的完成度更高。综上，如何在更复杂的环境条件下不断借助前阶段飞行器获取的环境信息进行更精确，可靠的航迹规划成为一个新的需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种面向变化环境的超低空飞行器三维多批多航迹规划方法，能够在变化环境条件下，解决超低空飞行器在协同作战时的航迹规划问题。

一种面向变化环境的超低空飞行器三维多批多航迹规划方法，所述超低空的飞行高度低于200米；具体包括如下步骤：

步骤一、根据超低空飞行器的特点以及约束条件，在仿真软件中建立目标模型；

步骤二、根据已知的地理环境，采用栅格化的方法，创建三维的地理环境矩阵；根据已知的敌防空部署位置信息，建立与地理环境矩阵相同规模的飞行空域威胁度矩阵，同时将火力覆盖区域内各离散位置的威胁度存入矩阵相应位置；

步骤三、根据地理环境矩阵与飞行空域威胁度矩阵，以及步骤一中获得的目标模型，先后使用蚁群算法和粒子群混合算法，在规定的始末点之间对当前批次各飞行器的初始航迹进行规划，每个飞行器获得一条初始航迹；之后在已知的地理环境加入未知山峰威胁，并让飞行器在此环境中按照初始航迹进行模拟飞行，并在遇到未知威胁或火力攻击威胁时，实时更新自己的地理环境矩阵与威胁度矩阵；并将更新后的地理环境矩阵与威胁度矩阵发送至地面，地面根据接收到的所有更新内容，统一对当前的地理环境矩阵与威胁度矩阵进行更新；

步骤四：在按照规划的初始航迹的模拟飞行过程中，若每个飞行器均被击落，则返回步骤三，根据更新之后的地理环境矩阵与威胁度矩阵，重新进行下一批飞行器的航迹规划，否则至步骤五；

步骤五：若有抵达终点的飞行器且完成最终任务，则仿真结束；若未完成最终任务则返回步骤三，根据更新之后的地理环境矩阵与威胁度矩阵重新进行下一批多个飞行器的初始航迹规划；直至最后一批飞行器飞行结束之后，无论任务是否完成，仿真均结束。

较佳地，所述步骤三中模拟飞行的具体方法为：

第1步、预先建立一个用于表征未知山峰威胁的曲面表达式，并按照地理环境矩阵的规模进行栅格化，得到山峰矩阵，值为0代表存在山峰，1代表不存在山峰；

第2步、飞机在按照初始航迹飞行过程中，若未遇到未知山峰威胁，则按初始航迹飞行；若探测到第1步中未知的区域存在未知山峰威胁，此时，飞机将自动绕行，并将山峰矩阵中所有值为“0”的位置对应到地理环境矩阵的各位置；将所述地理环境矩阵的各位置处的1变成0，并作为斥力点；完成更新；

第3步、将初始航迹中所有未发生的航迹点作为引力点；之后，获得各引力点的引力，斥力点的斥力以及引力和斥力所产生的合力；