[发明专利]一种多站接力导航下运动体的路径规划方法

说明书

技术领域

本发明属于运动体路径规划研究领域，具体涉及一种多站接力导航下运动体的路径规划方法。

背景技术

多站接力导航是一种通过散布于不同空间位置且导航范围能够覆盖较大空间的多个站依次为运动体接续导航的联合导航方法。这种导航方式不仅可靠性强，而且可以有效延伸运动体的可控移动范围。多站接力导航下运动体的路径规划问题是实现这种具有前沿性的先进导航方式所需解决的一个关键问题，它涉及三个基本约束条件：多站导航范围约束、多站导航交接约束和运动体机动能力约束。其中，运动体机动能力约束用最大转弯角约束近似表示，多站导航范围约束和多站导航交接约束使得本发明中的路径规划问题有别于一般的路径规划问题，也是本发明中路径规划问题的主要难点。

运动体有多种导航方式，包括自身导航和外部导航，外部导航包括卫星导航、基站导航等。其中，运动体自身导航方式精度有限且易受干扰，卫星导航方式易遭破坏且造价成本高，而基站导航方式可靠性强，且可通过多站联合接力导航的方式为运动体执行远程任务提供路径导引。

发明内容

本发明中多站接力导航下运动体的路径规划问题主要考虑在多个站联合接力导航的前提下，如何为运动体规划出一条能够满足多站导航范围约束、多站导航交接约束和运动体最大转弯角约束且快速抵达目标点的路径。

多站接力导航下运动体的路径规划方法，包括如下步骤：

步骤1：输入路径规划信息，具体包括：运动体起点和终点位置信息、导航站导航范围约束信息、导航站导航交接约束信息和运动体最大转弯角约束信息；所述导航站导航范围约束信息是指导航站中心的坐标及有效作用范围，即运动体从起点到终点的整条路径须全部位于导航圆内；所述导航圆表示导航站有效作用范围，半径为r；所述导航站导航交接约束信息是指确保导航交接成功而设定的运动体在交接区域内的最短路径长度L，运动体在交接区域内的路径长度须大于或等于L；所述导航交接是指多个导航站之间移交运动体的导航权；所述交接区域是指两个导航圆之间的重叠区域；所述运动体最大转弯角约束信息是指运动体由于自身机动能力限制所能执行的最大转弯角运动体在每个路点的转弯角须小于或等于

步骤2、对多站环境建模，形成拓扑网状图，具体为：

将导航站环境建模成一个无向图G＝(V,E)，其中，V＝{v₁,v₂,...,v_p}是节点的集合，表示所有导航站，p表示导航站的数量；E＝{e₁,e₂,...,e_q}是边的集合，表示所有对邻接的导航站；当两个导航站交接区域内最长路径的长度大于或等于导航交接约束L，该两个站被视为邻接，其对应的两个节点连通；所述交接区域内最长路径为交接区域两个顶点的连线；所述交接区域顶点为两个导航圆的交点；

步骤3、由运动体的起点位置和终点位置确定运动体的第一个导航站和最后一个导航站，第一个导航站即为起始节点，最后一个导航站即为目标节点；根据步骤2得到的无向图G以及导航站的邻接关系，确定运动体从起始节点到目标节点的所有可行路径，即为所有可能的导航站组合，其中要求每个节点最多被访问一次，即每个导航站最多被使用一次；

步骤4、采用差分进化算法对步骤3得到的每一种可能的导航站组合进行路径规划，具体包括如下步骤：

S401、随机生成初始路径种群：一条路径由包括起点、多个中间路点和终点的路点依次连接而成，将中间路点设置在交接区域边界弧上；交接区域边界弧包括入弧和出弧，所述入弧为运动体进入交接区域的边界弧，所述出弧为运动体离开交接区域的边界弧；定义入点为位于入弧上的中间路点，出点为位于出弧上的中间路点，其中，入点和出点的位置在各自所在边界弧上随机生成，路点之间采用线段连接；

S402、对初始路径种群进行评价：