基于改进流体扰动和麻雀算法的无人机最优路径搜索方法技术

本发明专利技术涉及一种基于改进流体扰动和麻雀算法的无人机最优路径搜索方法，首先，改进流体扰动算法利用不同障碍物反应系数生成多条规划路线；然后，利用麻雀搜索算法通过计算适应度寻找最优障碍物的反应系数；最后，改进流体扰动算法利用当前最优的障碍物反应系数，生成一条最优搜索路径。与传统的流体扰动算法相比，本发明专利技术克服了局部极值点的问题，准确性更高，并且利用麻雀搜索算法自动寻找最优障碍物反应系数；与其他类型的无人机最优路径搜索方法，本发明专利技术在保证准确率的情况下，提高了搜索速度，因此在应对紧急交通路口的事故时可以进行快速响应；在保证无人机避障安全快速飞行的前提下，规划最优轨迹的准确率和轨迹的平滑度也能得到保证。

【技术实现步骤摘要】
基于改进流体扰动和麻雀算法的无人机最优路径搜索方法
本专利技术属于无人机
，涉及一种基于改进流体扰动和麻雀算法的无人机最优路径搜索方法。
技术介绍
无人机(UnmannedAerialVehicle，简称UAV)，指的是一种由动力驱动的无限遥控或自主飞行且无人驾驶并课重复使用的飞行器，近年来，由于小型民用无人机的便携性、机动性、可垂直起降、自动控制飞行等特点，在军用和民用领域都得到了很快的发展。在军事领域，多旋翼无人机可作为侦察机，获取地面情报，支援地面人员作战，还可以成集群的进行轰炸作战。在民用领域，最多的作用就是航拍、地面测绘、人员搜救、电力巡检、交通巡检、气象监测、危险地区巡查等。近年来，因为无人机的技术愈加成熟，且控制方式也愈加便捷，成本越来越低，很多行业在用无人机来代替传统的人工操作的地方越来越多，然而在无人机的控制中研究怎么控制无人机合理且高效的躲避障碍物也是其中的基本技术和关键技术。人工势场法路径规划是由Khatib提出的一种虚拟力法。它的基本思想是将机器人在周围环境中的运动，设计成一种抽象的人造引力场中的运动，目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进流体扰动算法和麻雀搜索算法的无人机最优路径搜索方法，其特征在于包括如下步骤：/n(1)改进流体扰动算法利用不同障碍物反应系数生成多条规划路线；/n(2)利用麻雀搜索算法通过计算适应度寻找最优的障碍物反应系数；/n(3)改进流体扰动算法利用当前最优的障碍物反应系数，生成一条最优搜索路径；/n改进流体扰动算法是指对流体扰动算法的扰动矩阵进行改进以及在算法中引进局部最小值处理方法，具体为：在扰动矩阵中加入切向分量，使用虚拟目标法解决局部最小值；/n改进后的扰动矩阵：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改进流体扰动算法和麻雀搜索算法的无人机最优路径搜索方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)改进流体扰动算法利用不同障碍物反应系数生成多条规划路线；
(2)利用麻雀搜索算法通过计算适应度寻找最优的障碍物反应系数；
(3)改进流体扰动算法利用当前最优的障碍物反应系数，生成一条最优搜索路径；
改进流体扰动算法是指对流体扰动算法的扰动矩阵进行改进以及在算法中引进局部最小值处理方法，具体为：在扰动矩阵中加入切向分量，使用虚拟目标法解决局部最小值；
改进后的扰动矩阵：



其中Xk(ξ)表示第k个障碍物产生的扰动矩阵，I为3*3的单位矩阵，nk(ξ)为当前点ξ的径向法向量，αk(ξ)表示第k个障碍物在当前点ξ的水平方向的障碍物反应系数，βk(ξ)表示第k个障碍物在当前点ξ的切向分量对应的障碍物反应系数，tk(ξ)为垂直于切平面的切向分量，Γk为第k个障碍物的表达式，Γk(ξ)表示把当前点ξ代入障碍物方程的计算值，||tk(ξ)||和||nk(ξ)||分别表示两个向量的二范数，τk为饱和函数；
使用虚拟目标法解决局部最小值是指设置一个虚拟目标点；所述虚拟目标点的设置方法为：首先，以当前点ξ为圆心，dTA为半径，水平跨度角范围垂直跨度角范围(-μmax，μmax)，生成一个探测曲面Q，为当前点ξ的水平角，μmax为无人机最大俯仰角；然后，设计代价函数J，所述代价函数J包括飞行安全距离代价S、飞行距离代价D、重叠区域代价M和目标切换代价G；最后，在生成的探测曲面Q的水平方向取N1个点，垂直方向取N2个点，共生成N1*N2个点，分别计算每一个点的代价值，取代价函数J的值最小的点作为虚拟目标点；
J＝λ1S+λ2D+λ3M+λ4G；












其中，Γi表示第i个障碍物方程，N表示障碍物个数，ξ表示当前点，ξd表示实际目标点，ξ′表示虚拟目标点，γ1＝＜ξξd，ξξ′＞，γ2＝＜ξξ′，ξ′ξd＞，λ1+λ2+λ3+λ4＝1，


2.根据权利要求1所述的一种基于改进流体扰动算法和麻雀搜索算法的无人机最优路径搜索方法，其特征在于，步骤(1)具体为：
假设当前一组障碍物反映系数的初值：
改进流体扰动算法利用不同障碍物反应系数生成多条规划路线的流程为：首先，根据当前点与目标点之间的距离关系以及无人机匀速飞行的速度，生成当前点的初始流场υ(ξ)；然后，通过获取当前飞行环境下的障碍物信息，进行障碍物建模并且计算每个障碍物产生的扰动矩阵Xk(ξ)，接下来按照一定的加权方式综合全部障碍物的扰动矩阵，生成一个合扰动矩阵X(ξ)；下一步，利用上一步获得X(ξ)更新初始流场υ(ξ)，得到当前点的实际流场最后，根据预先设置的步长Δt得到下一个航点坐标Pξ+1(xξ+1，yξ+1，zξ+1)，不断重复更新下一个航点的坐标就可以得到一条完成的规划路线l1。


3.根据权利要求2所述的一种基于改进流体扰动算法和麻雀搜索算法的无人机最优路径搜索方法，其特征在于，Pξ(xξ，yξ，zξ)点的初始流场定义如下：






其中υ(ξ)表示Pξ(xξ，yξ，zξ)处的初始流场，Pd(xd，yd，zd)为终点坐标，C为无人机的运行速度，d(ξ)表示点Pd(xd，yd，zd)和Pξ(xξ，yξ，zξ)之间的距离；
Xk(ξ)的主要参数的计算方式如下：


















其中，Γk为第k个障碍物的表达式，ξ(x，y，z)为当前点，(x0k，yok，zok)为障碍...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏亮，罗勇，周武能，
申请(专利权)人：上海吞山智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31