一种基于衍射原理的无人直升机航线规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于衍射原理的无人直升机航线规划方法，其步骤为：(1)构建地形威胁模型T

【技术实现步骤摘要】
一种基于衍射原理的无人直升机航线规划方法


[0001]本专利技术属于无人直升机航线规划领域，涉及到使用无人直升机性能和环境威胁等信息规划出最优飞行航线方法，具体是一种基于衍射原理的无人直升机航线规划方法。

技术介绍

[0002]到目前为止，国内外在复杂地形环境下航线自动规划方面的研究还未系统研究，更没有形成完整而系统的无人直升机自主飞行航线规划模型与方法。复杂地形环境的无人直升机快速航线规划目前还没有得到很好的解决，如何能应用地形威胁特征来约减规划空间设计安全性能最大的快捷飞行航线是亟待解决的问题，此问题的解决无论对军用还是民用都具有极其重要的应用价值。

技术实现思路

[0003](1)构建地形威胁模型T
t
，数学描述如下：
[0004][0005]x∈(x
min
，x
max
)，y∈(y
min
，y
max
)
[0006]上述公式中，T
t
(x，y)表示横坐标x及纵坐标y处的地形威胁模型值，x
min
和x
max
分别表示规划空域内横坐标的最小值和最大值；y
min
和y
max
分别表示规划空域内纵坐标的最小值和最大值，单位为公里；的是一种(
‑
x2‑
(y+1)2)次方指数函数；
[0007](2)计算航迹点优选数据集B：
[0008]首先利用公式(2)～(3)得到x轴坐标矢量Vx和y轴坐标适量Vy：
[0009]Vx＝(x
i
)＝[x1，x2...x
m
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0010][0011][0012][0013]公式(2)～(3)中，[]为矩阵符号，x
i
、y
i
分别为第i个横坐标和纵坐标分量，m、n分别为x轴和y轴坐标矢量元素总数；
[0014]然后利用公式(4)～(6)得到x轴坐标矢量Vx和y轴坐标适量Vy离散矩阵Mx、My，并将Mx、My代入公式(1)计算出对应的地形威胁模型的离散矩阵MT：
[0015][0016][0017]MT＝T
t
(Mx，My)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0018]最后利用公式(7)～(10)计算最短航线的缓冲区对MT进行航迹点优选得到航迹点优选数据集B：
[0019][xb
i
，yb
i
]＝bufferm([x
i
x
i
+ins]，[y
s y
e
]，d
bf
，opt)，x
i
∈(x
s
，x
e
)，i＝1，2，...n
ꢀꢀꢀ
(7)
[0020]xbs＝[xb1，xb2，...，xb
n
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0021]ybs＝[yb1，yb2，...，yb
n
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0022][in
i
，on
i
]＝inpolygon(Mx，My，xb
i
，yb
i
)，i＝1，2，...n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0023]xis＝x(in
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0024]yis＝y(in
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0025]zis＝T
t
(xis，yis)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0026]B＝[xis，yis，zis]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0027]公式(4)～(9)中，ones(n，1)、ones(1，m)分别表示生成n行1列和1行m列的全是1的矩阵，xb
i
、yb
i
分别表示生成的最优航线缓冲区边界集的横坐标和纵坐标，ins、n分别为为产生横坐标x
i
缓冲区的坐标增量和缓冲区总数，xs、ys、xs、ys分别为起始点的纵横坐标和目标点的纵横坐标，bufferm、dbf、opt分别为产生缓冲区的函数、生成缓冲区的距离和选择生成内部或者外部缓冲区的参数，xbs、ybs分别为最短航线的缓冲区边界点集的横坐标和纵坐标；公式(10)～(14)中，in
i
、on
i
分别表示位于第i个缓冲区内部和边界上的地形威胁离散点的序号，inpolygon表示判断点是否在多边形内部的函数，xis、yis、zis分别表示最短航线的缓冲区内部点集的x坐标、y坐标和z坐标，[]为矩阵符号；
[0028](3)初步遴选最优飞行航线fpb：
[0029]fpb＝min(sum(zis(zis＞0)))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0030]fpb＝[fpx fpy fpz]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0031]公式(15)～(16)中，mmin，sum分别为求最小值及求和的函数，通过fpb计算航迹点的地形威胁之和的最小值，获取限制航线高程的初步最优航线，fpx、fpy、fpz分别表示初步优选航迹点集的x坐标、y坐标和z坐标；
[0032](4)动态调整飞行航线，构建实时飞行航线集
[0033]首先利用公式(13)～(14)产生突发威胁时，构建新威胁模型Tj，并更新地形威胁模型表示为Yn：
[0034][0035]Tn(x，y)＝T
t
(x，y)+Tj(x，y)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0036]公式(17)～(18)中，Tj、Yn、tm分别为新威胁模型、更新后的威胁模型和新威胁总
数，(x
oi
，y
oi
)和(x
si
，y
si
)分别表示第i个新威胁中心点的平面坐标和沿x、y方向下降的参数；
[0037]然后利用公式(19)～(25)利用新威胁模型最大影响边界对受影响的航线段进行选取，生成需要调整的航线段集合TB：
[0038][c，h]＝contour(T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于衍射原理的无人直升机航线规划方法，其特征采用以下实现步骤：(1)构建地形威胁模型T
t
，数学描述如下：上述公式中，T
t
(x，y)表示横坐标x及纵坐标y处的地形威胁模型值，x
min
和x
max
分别表示规划空域内横坐标的最小值和最大值；y
min
和y
max
分别表示规划空域内纵坐标的最小值和最大值，单位为公里；的是一种(
‑
x2‑
(y+1)2)次方指数函数；(2)计算航迹点优选数据集B：首先利用公式(2)～(3)得到x轴坐标矢量Vx和y轴坐标适量Vy：Vx＝(x
i
)＝[x1，x2…
x
m
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)(2)(2)公式(2)～(3)中，[]为矩阵符号，x
i
、y
i
分别为第i个横坐标和纵坐标分量，m、n分别为x轴和y轴坐标矢量元素总数；然后利用公式(4)～(6)得到x轴坐标矢量Vx和y轴坐标适量Vy离散矩阵Mx、My，并将Mx、My代入公式(1)计算出对应的地形威胁模型的离散矩阵MT：My代入公式(1)计算出对应的地形威胁模型的离散矩阵MT：MT＝T
t
(Mx，My)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)最后利用公式(7)～(10)计算最短航线的缓冲区对MT进行航迹点优选得到航迹点优选数据集B；[xb
i
，yb
i
]＝bufferm([x
i x
i
+ins]，[y
s y
e
]，d
bf
，opt)，x
i
∈(x
s
，x
e
)，i＝1，2，
…
n
ꢀꢀꢀꢀ
(7)xbs＝[xb
j
,xb2，...，xb
n
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)ybs＝[yb1,yb2，...，yb
n
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)[in
i
，on
i
]＝inpolygon(Mx，My，xb
i
，yb
i
)，i＝1，2，...n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)xis＝x(in
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)yis＝y(in
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)zis＝T
t
(xis，yis)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)B＝[xis，yis，zis]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
公式(4)～(9)中，ones(n，1)、ones(1，m)分别表示生成n行1列和1行m列的全是1的矩阵，xb
i
、yb
i
分别表示生成的最优航线缓冲区边界集的横坐标和纵坐标，ins、n分别为为产生横坐标x
i
缓冲区的坐标增量和缓冲区总数，xs、ys、xs、ys分别为起始点的纵横坐标和目标点的纵横坐标，bufferm、d
bf
、opt分别为产生缓冲区的函数、生成缓冲区的距离和选择生成内部或者外部缓冲区的参数，xbs、ybs分别为最短航线的缓冲区边界点集的横坐标和纵坐标；公式(10)～(14)中，in
i
、on
i
分别表示位于第i个缓冲区内部和边界上的地形威胁离散点的序号，inpolygon表示判断点是否在多边形内部的函数，xis、yis、zis分别表示最短航线的缓冲区内部点集的x坐标、y坐标和z坐标，[]为矩阵符号；(3)初步遴选最优飞行航线fpb：fpb＝min(sum(zis(zis＞0)))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)fpb＝[fpx fpy fpz]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)公式(15)～(16)中，min，sum分别为求最小值及求和的函数，通过fpb计算航迹点的地形威胁之和的最小值，获取限制航线高程的初步最优航线，fpx、fpy、fpz分别表示初步优选航迹点集的x坐标、y坐标和z坐标；(4)动态调整飞行航线，构建实时飞行航线集首先利用公式(13)～(14)产生突发威胁时，构建新威...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽峰，牛宗伟，范俊甫，杨朝斌，范学忠，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：