一种多无人机协同攻击航路实时规划方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多无人机协同攻击航路实时规划方法及装置，方法包括：从高度维度上分层剖分飞行空间，为N架无人机分配不同的期望高度层；计算无人机从初始状态高度到期望高度层的航路长度，生成无人机过渡状态，以空间协同为目标计算无人机的候选目标状态；依次在不同飞行空间高度层上，计算相应无人机从过渡状态飞至所有候选目标状态的航路，综合形成N架无人机的候选航路集合；从候选航路集合中依次搜索生成N条择优航路，以时间协同为目标从择优航路中挑选参考航路，根据参考航路调整择优航路，生成N架无人机的期望航路。本发明专利技术较好地解决了无人机数量增加带来的计算复杂度指数增长和易碰撞问题，实时生成多方向立体饱和攻击的协同航路。攻击的协同航路。攻击的协同航路。

【技术实现步骤摘要】
一种多无人机协同攻击航路实时规划方法及装置


[0001]本专利技术涉及无人机航迹规划
，具体涉及一种多无人机协同攻击航路实时规划方法及装置。

技术介绍

[0002]无人机作为空战领域一种颠覆性的新型作战力量，引发了战争形态与作战方式的变革，也为空战场的饱和攻击提供了新质作战力量，多无人机协同饱和攻击目标将是未来智能化战争的一种重要攻击模式，多无人机协同饱和攻击目标的航路规划是多无人机协同作战的关键技术。
[0003]针对多方向饱和攻击任务，多无人机协同航路规划就是根据敌方目标信息，综合考虑无人机飞行性能和多无人机碰撞约束等因素，实时计算出从当前位置到指定攻击位置的最优或次优飞行航路，实现多架无人机在同一时刻从多个攻击方向对目标实施打击任务。
[0004]当前的多机协同航路规划方法主要集中在离线规划，在同时考虑时间协同和空间协同等多维约束后，计算复杂度和所需的规划时间增加，难以适应快节奏、大规模的作战环境，不能实现在线动态实时航路规划。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种多无人机协同攻击航路实时规划方法及装置，实现对多无人机饱和攻击协同航路的实时动态规划。
[0006]技术方案：第一方面，一种多无人机协同攻击航路实时规划方法，包括以下步骤：根据无人机最高飞行高度、最低飞行高度和安全飞行距离，对飞行空间进行分层剖分，为N架无人机分配不同的期望高度层；获取无人机初始状态，所述无人机初始状态包括无人机初始位置和初始航向角，计算无人机从初始状态高度到期望高度层的航路长度，生成无人机过渡状态，以多机协同打击的空间协同为目标，计算无人机多方向饱和攻击时在防御圈的候选目标状态，依次在不同飞行空间高度层上，计算相应无人机从过渡状态飞至所有候选目标状态的航路，综合形成N架无人机的候选航路集合；从候选航路集合中依次搜索生成N架无人机的N条择优航路，以多机协同打击的时间协同为目标，从N条择优航路中挑选参考航路，以与参考航路长度一致为标准，分别计算调整N条择优航路，生成N架无人机的期望航路。
[0007]优选地，根据无人机最高飞行高度、最低飞行高度和安全飞行距离，对飞行空间进行分层剖分包括：记无人机受限于最大升限的最高飞行高度为h
max
，避免与地面碰撞的最低飞行高度为h
min
，无人机之间避免碰撞的安全飞行距离为d
safe
，无人机的最大有效通信距离为d
max
，按下式对飞行空间进行高度层剖分：
其中，H为N架无人机在初始状态下的平均高度；，n=[N/2]，是对数值取整的操作。
[0008]优选地，计算无人机从初始状态高度到期望高度层的航路长度，生成无人机过渡状态包括：令无人机UAV
i
的初始状态为，其中为t0时刻无人机的初始位置，为t0时刻无人机的初始航向角，无人机UAV
i
期望高度层为H
i
，初始状态高度为h
i
，从初始状态高度以最大爬升角或下滑角γmax到达期望高度层，航路长度的计算式如下：无人机UAV
i
到达期望高度层的过渡状态为，其中过渡状态的位置和航向角按下式计算：。
[0009]优选地，以多机协同打击的空间协同为目标，计算无人机多方向饱和攻击时在防御圈的候选目标状态包括：多无人机空间协同是以空间均匀方式到达打击对象，其候选目标状态在防御圈上均匀分布，即按等间隔角度离散化生成，对防御圈的圆心进行离散化，离散分辨率为，生成个候选目标状态，离散分辨率取值范围为：其中，R为防御圈投影在平面上的圆的半径，无人机UAV
i
的候选目标状态集合为，其中候选目标状态的位置和航向角按下式计算：下式计算：为打击对象的位置。
[0010]优选地，依次在不同飞行空间高度层上，计算相应无人机从过渡状态飞至所有候选目标状态的航路，综合形成N架无人机的候选航路集合包括：在高度层H
i
上，计算无人机UAV
i
从过渡状态到每一候选目标状态的最短可行Dubins曲线航路，航路路径长度的计算方式如下：其中，为无人机的最小转弯半径，为航路初始段圆弧的圆心坐标，为航路终止段圆弧的圆心坐标；生成无人机UAV
i
在高度层的候选航路集合，为无人机UAV
i
的目标方向进入角。
[0011]优选地，从候选航路集合中依次搜索生成N架无人机的N条择优航路包括：获取候选航路集合中的最短航路作为无人机UAV
i
的择优航路，并从候选航路集合中去除该无人机的所有候选航路；以最短航路无人机的目标方向进入角为参考基准，计算其余N
‑
1架无人机的候选进入方向角集合；对每一候选进入方向角，从剩余候选航路集合中搜索最近方向角下的最短航路，作为所属无人机的择优航路，并从候选航路集合中去除该无人机的候选航路，更新剩余候选航路集合，重复本步骤直至遍历完所有候选进入方向角，生成N架无人机的N条择优航路。
[0012]优选地，参考航路按下式计算得到：其中，d
i
为无人机UAV
i
从初始状态飞到过渡状态的航路长度；无人机UAV
i
在期望高度层H
i
的期望航路长度为，通过调整Dubins曲线初始段或终止段圆弧的半径参数，使得N架无人机期望航路的路径长度相同。
[0013]第二方面，一种多无人机协同攻击航路实时规划装置，包括：飞行空间剖分单元，用于根据无人机最高飞行高度、最低飞行高度和安全飞行距离，对飞行空间进行分层剖分，为N架无人机分配不同的期望高度层；候选航路生成单元，用于生成N架无人机的候选航路，所述候选航路生成单元包括：用于获取无人机初始状态，计算无人机从初始状态高度到期望高度层的航路长度，生成无人机过渡状态的过渡状态生成模块，所述无人机初始状态包括无人机初始位置和初始航向角；用于以多机协同打击的空间协同为目标，计算无人机多方向饱和攻击时在防御圈的候选目标状态的目标状态生成模块；以及用于依次在不同飞行空间高度层上，计算相应无人机从过渡状态飞至所有候选目标状态的航路，综合形成N架无人机的候选航路集合的可行航路生成模块；引导航路生成单元，用于生成引导航路，所述引导航路生成单元包括：用于从候选
航路集合中依次搜索生成N架无人机的N条择优航路的期望航路搜索模块；用于以多机协同打击的时间协同为目标，从N条择优航路中挑选参考航路，以与参考航路长度一致为标准，分别计算调整N条择优航路的期望航路调整，生成N架无人机的期望航路的期望航路调整模块。
[0014]优选地，该规划装置还包括：数传通信单元，用于进行数据通信传输，所述数传通信单元包括：用于向在空无人机发送航路引导指令的数传引导模块，以及用于接收在空无人机回传的位置信息的状态回传模块。
[0015]第三方面，本专利技术还提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多无人机协同攻击航路实时规划方法，其特征在于，包括以下步骤：根据无人机最高飞行高度、最低飞行高度和安全飞行距离，对飞行空间进行分层剖分，为N架无人机分配不同的期望高度层；获取无人机初始状态，所述无人机初始状态包括无人机初始位置和初始航向角，计算无人机从初始状态高度到期望高度层的航路长度，生成无人机过渡状态，以多机协同打击的空间协同为目标，计算无人机多方向饱和攻击时在防御圈的候选目标状态，依次在不同飞行空间高度层上，计算相应无人机从过渡状态飞至所有候选目标状态的航路，综合形成N架无人机的候选航路集合；从候选航路集合中依次搜索生成N架无人机的N条择优航路，以多机协同打击的时间协同为目标，从N条择优航路中挑选参考航路，以与参考航路长度一致为标准，分别计算调整N条择优航路，生成N架无人机的期望航路。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据无人机最高飞行高度、最低飞行高度和安全飞行距离，对飞行空间进行分层剖分包括：记无人机受限于最大升限的最高飞行高度为h
max
，避免与地面碰撞的最低飞行高度为h
min
，无人机之间避免碰撞的安全飞行距离为d
safe
，无人机的最大有效通信距离为d
max
，按下式对飞行空间进行高度层剖分：其中，H为N架无人机在初始状态下的平均高度；，n=[N/2]，是对数值取整的操作。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算无人机从初始状态高度到期望高度层的航路长度，生成无人机过渡状态包括：令无人机UAV
i
的初始状态为，其中为t0时刻无人机的初始位置，为t0时刻无人机的初始航向角，无人机UAV
i
期望高度层为H
i
，初始状态高度为h
i
，从初始状态高度以最大爬升角或下滑角γmax到达期望高度层，航路长度的计算式如下：无人机UAV
i
到达期望高度层的过渡状态为，其中过渡状态的位置和航向角按下式计算：。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以多机协同打击的空间协同为目标，计算无人机多方向饱和攻击时在防御圈的候选目标状态包括：
多无人机空间协同是以空间均匀方式到达打击对象，其候选目标状态在防御圈上均匀分布，即按等间隔角度离散化生成，对防御圈的圆心进行离散化，离散分辨率为，生成个候选目标状态，离散分辨率取值范围为：其中，R为防御圈投影在平面上的圆的半径，无人机UAV
i
的候选目标状态集合为，其中候选目标状态的位置和航向角按下式计算：下式计算：为打击对象的位置。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，依次在不同飞行空间高度层上，计算相应无人机从过渡状态飞至所有候选目标状态的航路，综合形成N架无人机的候选航路集合包括：在高度层H
i
上，计算无人机UAV
i
从过渡状态到每一候选目标状态的最短可行Dubins曲线航路，航路路径长度的计算方式如下：其中，为无人机的最小转弯半径，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冠邦，黄周弟，秦望龙，徐川川，张跞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：