[发明专利]一种基于反馈模糊推理的无人机实时航路规划方法

摘要

本发明涉及一种基于反馈模糊推理的无人机实时航路规划方法，其步骤如下：第一步无人机航路的更新模式；第二步模糊规则库的建立；第三步模糊前件的获取；第四步反馈模糊推理方法的设计；第五步解模糊；第六步确定其余参量；第七步确定无人机的下一个位置；第八步设计结束。本发明与现有的无人机实时航路规划方法相比，本发明通过应用反馈模糊推理方法使无人机具备了初步的自主学习能力，从而提高了航路规划的效果。按本发明设计的实时航路规划方法不仅航路短、路径平滑，而且具有全局收敛性，并且容易实现，为工程应用提供了一种更加实用和可靠的无人机实时航路规划方法。

主权项

一种基于反馈模糊推理的无人机实时航路规划方法，其特征在于：步骤如下：第一步无人机航路的更新模式决定无人机当前飞行方向的主要有两个因素：躲避危险的行为PS和向着目标飞行的行为GS；PS保证无人机能够规避危险，安全飞行；GS保证无人机最终能够到达给定目标；这两种因素最终影响无人机在当前位置的转角，并由下述公式描述：Δθ＝wPS·ΔθPS+wGS·ΔθGS    (1)其中，Δθ表示无人机的实际转角，ΔθPS表示由PS决定的参考转角，ΔθGS表示由GS决定的参考转角，wPS和wGS表示二者所占的权重；转角ΔθPS及其权重wPS通过模糊推理得到；无人机在某个位置一旦获取了当前环境信息，PS和GS就会被同时激活并进行独立决策，然后通过分配权值而最终得到无人机的实际转角，由此计算出无人机的下一个位置，以实现航路的更新： x k + 1 y k + 1 = x k + vΔ t cos ( θ k + Δ θ k ) y k + vΔ t sin ( θ k + Δ θ k ) - - - ( 2 ) 其中，(xk，yk)表示无人机当前位置的坐标，(xk+1，yk+1)表示无人机下一个位置的坐标，Δθk表示无人机在当前位置的转角，v表示无人机的飞行速率，Δt表示两个位置间的飞行时间间隔；第二步模糊规则库的建立首先，建立关于ΔθPS的模糊规则库无人机的探测范围为一个半圆，将其分成左、前、右三个圆心角均为60°的扇形区域，分别用扇形危险指数αl、αf和αr表示无人机左方、前方和右方的危险程度；以此建立以扇形危险指数αf为前件，以参考转角ΔθPS为后件的模糊规则库；其次，建立关于wPS的模糊规则库参考转角ΔθPS的权重wPS由当前位置整个环境对无人机的危险程度决定；当前位置整个环境的危险程度用半圆危险指数βc来表示；以此建立以半圆危险指数βc为前件，以权重wPS为后件的模糊规则库；第三步模糊前件的获取通过将扇形危险指数αf和半圆危险指数βc模糊化得到模糊推理所需的模糊前件；第四步反馈模糊推理将αf和βc模糊化后，使用反馈模糊推理方法进行模糊推理得到模糊后件ΔθPS和wPS；第五步解模糊经过解模糊得到参考转角ΔθPS和其权重wPS的值；其中，若αl≥αr，则ΔθPS取负号；若αl＜αr，则ΔθPS取正号；第六步确定其余参量首先，确定wGS权重wGS可以由wPS得到：wGS＝1‑wPS    (3)其次，确定ΔθGS参考转角ΔθGS有两种确定方式‑‑对目标飞行模式和威胁体边界跟踪模式；如果当前在机‑目连线上有威胁体存在，无人机将按照威胁体边界跟踪模式飞行；否则，无人机将按照对目标飞行模式飞行；第七步确定无人机的下一个位置在各个参数确定后，根据公式(5)计算出无人机的下一个位置；由此，无人机便完成了一次位置更新，直至到达目标；第八步设计结束。