[发明专利]一种面向通信中继保障的异构多无人机协同航迹规划方法

说明书

本发明公开了一种面向通信中继保障的异构多无人机协同航迹规划方法，中继无人机数量充足时，影响任务执行效率的为任务无人机出动方案。因此在中继无人机一对一保障任务无人机前提下优化任务无人机的任务分配，形成基础任务执行方案，再优化中继无人机出动方案实现中继无人机一对多保障，从而降低中继无人机出动数量和飞行航程。中继无人机数量受限时，影响任务执行效率的为中继无人机出动方案。因此在任务分配计算时考虑中继无人机与任务无人机的协调，在中继无人机逐一为多个任务无人机提供一对一中继服务的基础上，优化整体任务执行方案，形成基础任务执行方案，再优化任务无人机出动方案实现中继无人机一对多保障，从而降低总体任务执行时间。

技术领域

本发明涉及协同航迹规划技术领域，具体是一种面向通信中继保障的异构多无人机协同航迹规划方法。

背景技术

网络信息体系技术和无人机平台技术的共同进步推动了无人机集群技术快速发展，使其在通信、搜索、侦察、监测以及实时打击等方面扮演了重要的角色。但在实际应用中，受地理条件和复杂电磁环境限制，无人机间、无人机与地面站间往往无法实现通视，严重影响无人机的作战效率。为确保作战任务的有效完成，提升无人机作战效能，延伸无人机作战半径，就需要借助中继平台进行中继通信。

现阶段主要使用的中继平台有两种：卫星中继和无人机中继。与卫星中继模式相比，无人机具有灵活机动、成本低廉、种类多样、便于维修的特点。且随着无人机平台技术的进步，无人机的巡航高度和飞行时间不断提高，能够为通信中继任务提供有力支持和保障。现有的中继无人机在保障任务无人机的时候，往往通过增大通信辐射功率提高通信保障范围，中继无人机与任务机之间缺乏有设计的航迹规划，常见的方式是1对1伴随保障。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种面向通信中继保障的异构多无人机协同航迹规划方法，该方法充分考虑中继无人机数量充足或受限的情况下，针对两种情况分别给出了相应的设计方法，在保证通信任务完成的基础上，降低中继无人机的出动数量和整体飞行航程，以及降低任务执行时间。

为实现上述目的，本发明提供一种面向通信中继保障的异构多无人机协同航迹规划方法，根据中继无人机数量的限制进行任务无人机和中继无人机的协同航迹规划。

在其中一个实施例，当中继无人机的数量充足时，首先考虑任务无人机的任务分配及对应的航迹规划，然后计算中继无人机出动方案实现对整体任务的通信保障。

在其中一个实施例，所述当中继无人机的数量充足时，首先考虑任务无人机的任务分配及对应的航迹规划，然后计算中继无人机出动方案实现对整体任务的通信保障，具体为：

在充足数量的中继无人机一对一保障前提下优化任务无人机的任务分配，形成基础任务执行方案，将此时的中继无人机总航程设为初始航程；

在保证中继服务的前提下，分析不同任务无人机所属中继无人机的可行合并方案并计算所节约的航程；

利用边际优化算法思想选择当前航程节约最多的合并方案并更新任务方案，即实现中继无人机一对多保障；

重复以上合并过程直至无法降低中继无人机飞行航程，从而形成新任务执行方案，且新方案降低了中继无人机的总航程。

在其中一个实施例，当中继无人机的数量充足时，任务无人机和中继无人机的协同航迹规划具体包括如下步骤：

步骤A1，根据任务要求，在保证中继无人机一对一保障的前提下优化任务无人机任务分配过程，计算对应任务时间表和任务无人机飞行航迹；

步骤A2，根据预设时间步长和任务无人机时间表，将每架任务无人机的飞行航迹切分为多个连续航路点，生成每个时间步长下任务无人机的航路点集合；

步骤A3，建立待通信列表，记录每个时间步长下任务无人机需要中继服务的航路点；