一种异构警戒飞行器持续巡逻策略规划方法技术

本发明专利技术提供了一种异构警戒飞行器持续巡逻策略规划方法，通过探测空间设置和栅格价值计算，再进行单巡逻周期、起飞时间范围和所需巡逻周期数的计算，设计巡逻策略规划流程，对于规划阶段所对应时间范围和WV起飞时间范围，分别对EF和ER巡逻策略进行规划。本发明专利技术有效拓展了巡逻策略规划的范围和有效性，可以辅助指挥员按照警戒时间、警戒飞行器架次、警戒飞行器类型等要求制定巡逻策略，并实现在整个警戒时间内预警效果和稳定性的均衡。发明专利技术成果同时有助于传感器网络配置、多无人机和多机器人的协同巡逻任务规划问题。

【技术实现步骤摘要】
一种异构警戒飞行器持续巡逻策略规划方法
本专利技术涉及警戒飞行器领域，尤其是一种针对异构、多架次警戒飞行器的持续巡逻策略规划方法，用于为警戒飞行器制定执行任务时的巡逻策略。
技术介绍
警戒飞行器(WarningVehicle，WV)是具有探测功能的飞行器的统称，包括固定翼WV、警戒直升机、警戒无人机等。对于WV来说，巡逻探测获取目标信息是其基本功能。引入单个巡逻周期的概念，代表从WV起飞时刻开始，经过最大工作时间的巡逻之后，返回所属基地并完成燃料补给等休整环节为止的整个阶段的耗时。WV在实际使用过程中可能需要执行较长时间的警戒任务，故WV需要工作多个巡逻周期。WV的工作方式是，WV首先确定将要执行任务的巡逻区域，然后从所属基地出发到达巡逻区域并持续在该区域沿固定航迹执行任务直至返航。舰载WV一般采用该种工作方式执行舰艇编队的防空警戒任务，警戒无人机也常采用该种方式执行特定区域的警戒任务，但鲜有针对异构WV的持续巡逻策略规划方法成果。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种异构警戒飞行器持续巡逻策略规划方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异构警戒飞行器持续巡逻策略规划方法，其特征在于包括下述步骤：/n[步骤1]探测空间设置和栅格价值计算；/nWV的探测空间是三维立体空间，以指定高度为基准，探测空间退化为二维平面空间，后续探测空间均指二维平面空间，以指定边长的正方形代表栅格，则栅格是探测空间的最小单元；在选定坐标系基础上，x

【技术特征摘要】
1.一种异构警戒飞行器持续巡逻策略规划方法，其特征在于包括下述步骤：
[步骤1]探测空间设置和栅格价值计算；
WV的探测空间是三维立体空间，以指定高度为基准，探测空间退化为二维平面空间，后续探测空间均指二维平面空间，以指定边长的正方形代表栅格，则栅格是探测空间的最小单元；在选定坐标系基础上，xmin和xmax分别代表沿x轴方向栅格中心的x坐标最小值和x坐标最大值；ymin和ymax分别代表沿y轴方向栅格中心的y坐标最小值和y坐标最大值；探测空间范围表示为{xmin≤x≤xmax；ymin≤y≤ymax},PB代表不同WV的起飞基地集合，以V(O′(x,y))代表中心为O′(x,y)的栅格对应的价值，所有拟定探测空间的栅格价值之和
[步骤2]单巡逻周期、起飞时间范围和所需巡逻周期数计算；
[步骤2.1]单巡逻周期计算；
派出N型共nE架WV执行任务，第i(0≤i＜N)型WV共ni架，WV型号的编号按照探测范围从大往小的顺序，第i型WV表示为集合拟派出WV为WV总架数编号为i的WV对应的以DT为时间单位的单个巡逻周期其中和分别表示Ei对应的有效航程、安全航程、巡逻速度和进行燃料补给休整环节所耗费的时间；
[步骤2.2]起飞时间范围计算；
设指挥员需针对多架WV制定警戒时间为tW的巡逻方案，对应时段为[0,tW]，对编号为i的WV来说，WV起飞时间的范围为[tE(i),tL(i)]，其中：






[步骤2.3]所需巡逻周期数计算；
各型WV因自身约束需要多个巡逻周期才能覆盖[0,tW]，对于编号为i的WV来说，所需巡逻周期数
以和分别代表Ei在第j巡逻周期的起飞时间、巡逻区域中心和巡逻区域偏转角，则Ei在第j巡逻周期的巡逻策略描述为引入囊括所有nE架WV的巡逻策略集合将XE表示为二维矩阵
[步骤3]巡逻策略规划流程设计；
针对两类WV，分别表示EF和ER，对应架数分别为nF和nR，对应巡逻周期分别为TF和TR，对应巡逻周期数分别为NF和NR，则规划过程通过两层EF和ER和多阶段(NF+NR)实现，且整个规划过程按照规划阶段索引从小到大的顺序逐一完成；
每一矩形区域代表一个待规划阶段，以IDCur和IDNext分别表示当前已规划阶段索引和待规划阶段索引，则规划阶段索引的确定步骤如下：
步骤3.1、设置顶层第一阶段的规划阶段索引为0，则IDCur＝0，IDNext＝1，转步骤2；
步骤3.2、如果所有阶段尚未被完全设置，进行此步骤：
(1)选择待规划阶段，待规划阶段只能从已规划阶段的正下方区域或邻近右侧区域选择；
(2)遍历待规划阶段集合，如果其中某一阶段对应时间区间的终点被IDCur对应规划阶段的时间区间所覆盖，则该阶段为下一规划阶段，置该阶段对应规划阶段索引为IDNext，令IDCur＝IDNext，且IDNext加1；否则，从集合中挑选下一阶段继续检验，如果该阶段对应时间区间终点未被IDCur对应规划阶段的时间区间所覆盖，则选择临近上层的未被设置的阶段为下一规划阶段，令IDCur＝IDNext，且IDNext加1；转步骤3.3；
步骤3.3、如果所有阶段尚未被完全设置，转步骤3.2；否则，规划阶段索引确定完毕；
[步骤4]规划阶段所对应时间范围和WV起飞时间范围；
[步骤4.1]规划阶段所对应时间范围；
对于编号为i的WV来说，WV的第j阶段所对应时间范围[tS(i,j),tE(i,j)]分别通过下式得到：
tS(i,j)＝Ti·j+tE(i)；
如果tW≥(j+1)·Ti+TE(i)，则tE(i,j)＝(j+1)·Ti+tE(i)，否则tE(i,j)＝tW；
[步骤4.2]规划阶段所对应WV起飞时间范围；
令和分别表示Ei在第j-1和j阶段的起飞时间，表示是否是时间有效的，则
对于编号为i的WV来说，WV第j阶段所对应起飞时间范围[tS(i,j),tE(i,j)]计算方法如下：
当j＝0时：tS(i,j)＝tE(i)，tE(i,j)＝min(tS(i,j)+Ti,tL(i))；
当j>0时：如果则
否则，
UA表示所对应巡逻策略已覆盖tW；
[步骤5]巡逻策略规划过程；
[步骤5.1]EF巡逻策略规划建模；
巡逻策略规划的目标是求解实现阶段预警效果最大化的一组最佳巡逻策略则：






其中tS(j)和tE(j)根据步骤4.1得到；
[步骤5.1.1]规划终止条件；
不设定最大寻优次数，而是认为连续寻优UI次未得到改进时规划过程终止，单次寻优改进与否的判断方法是：



bImpvd(g)用于描述在第g次规划中是否得到改进，J(X)g-1和J(X)g分别表示第g-1和g次得到的阶段预警效果值；
基于nMF确定UI的方法如下：
当nMF＝0时，无需寻优，故无需确定UI；
当nMF＝1时，UI＝Gmin；
当nMF≥2时，则
Gmin和Gmax分别为设定的UI的最小值和最大值，G为单架WV对应的单位寻优代数；
[步骤5.1.2]输入部分
“待规划EF集合及对应策略”中待规划WV集合MF根据EF确定，对于第j阶段来说，EF中单架WV的Ei是否属于MF的判断方法是：
如果tS(i,j)＝tE(i,j)＝UA成立，则Ei不属于MF；否则，Ei属于MF；
MF生成完毕之后，作为步骤5.1.3规划部分的输入；
[步骤5.1.3]规划部分；
基于步骤5.1.2确定的MF及对应初始策略，循环进行空间有效性检验并计算阶段预警效果，满足规划终止条件时输出最佳巡逻策略；
[步骤5.1.4]输出部分
第j阶段输出部分的内容分为以下几类：
a、当nMF＝0时，表示所对应的巡逻周期均已覆盖tW，故均为空；输出内容包括四部分：①②③④
b、当nMF＝1时，表示EF中仅存在1架WV在第j-1阶段对应巡逻周期未覆盖tW，设编号为i，求解输出内容不仅包括及i，还包括第a类中四项输出内容；
c、当nMF≥2时，表示EF中存在至少2架WV在第j-1阶段对应巡逻周期未覆盖tW，求解这nMF架WV在第j阶段的巡逻策略；输出内容不仅包括所求解出的nMF架WV在第j阶段的巡逻策略及对应的WV编号，还包括第a类中四项输出内容；
[步骤5.2]ER巡逻策略规划建模；
巡逻策略规划模型通过将步骤5.1模型中替换为得到；
通过输入部分、规划部分和输出部分三部分展开阐述；
[步骤5.2.1]输入部分；
确定ER中单架WVEi任一参数项的方法与步骤5.1.2中相同，MR生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：段晓稳，高晓光，李波，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61