[发明专利]一种面向拍摄效用最大化的无人机航迹规划方法

权利要求书

1.一种面向拍摄效用最大化的无人机航迹规划方法，其特征在于，包括：

计算无人机飞行和悬停拍摄的能耗，得到无人机的总能耗；

构建无人机拍摄地面观测目标的总的拍摄效用模型；

根据无人机总能耗和悬停时间，计算无人机拍摄地面观测目标的总的拍摄效用模型的最大值；

线性化总的拍摄效用模型；

采用成本效用比算法计算最优无人机能耗成本；

采用贪婪策略分配每个无人机观测点的悬停时间；

采用贪婪法迭代选择具有最大效用成本比的无人机观测点添加至无人机观测点集合中，直至违反无人机的能耗约束；

将非最大效用成本比的无人机观测点按照有优先级依次添加至无人机观测点集合中；

选取最优无人机观测点集并分配无人机在不同观测点拍摄关联目标的时间，使得无人机在满足能耗约束的条件下，按所选顺序依次飞到相应观测点实现对地面目标拍摄效用最大化。

2.根据权利要求1所述的无人机航迹规划方法，其特征在于，所述计算无人机飞行和悬停拍摄的能耗，得到无人机的总能耗，包括：

根据以下公式，计算无人机飞行和悬停拍摄的能耗：

其中，E_f为无人机飞行的能耗；α为无人机飞行单位距离消耗的能量；无人机在空中有N个备选观测点，表示为P＝{p₁,p₂,...,p_N}，观测点p_i的坐标为(x(p_i),y(p_i),z(p_i))，所有观测点在同一平面内，任意两个观测点之间的欧氏距离为K为无人机选择悬停的观测点集，L^TSP(K)为无人机从服务站p₀飞出到最终回到p₀的路径；β为无人机悬停单位时间所消耗的能量，与无人机自身的参数相关；m为无人机的质量；g为地球重力加速度；ρ为无人机所处环境的空气密度；r_p为无人机螺旋桨的半径；n_p为无人机螺旋桨的数量；E_h为无人机悬停拍摄的能耗；t_i为无人机在观测点p_i的停留时间；a_i为无人机是否在观测点p_i悬停，若悬停则a_i＝1，否则a_i＝0；E(K)为无人机的总能耗。

3.根据权利要求2所述的无人机航迹规划方法，其特征在于，所述构建无人机拍摄地面观测目标的总的拍摄效用模型，包括：

构建无人机拍摄地面观测目标的总的拍摄效用模型为：

其中，地面M个观测目标O＝{o₁,o₂,...,o_M}；Q(K,T)为M个观测目标的拍摄效用之和，即总的拍摄拍摄效用；K为无人机选择悬停的观测点集，T＝{t_ij|i＝1,...,N；j＝1,...,M}，为无人机在不同观测点分配给不同观测目标的拍摄时间；t_ij为无人机在观测点p_i拍摄观测目标o_j所花时间；o_j为第j个观测目标；w_ij为拍摄效用权重值，即在观测点p_i拍摄观测目标o_j花费单位时间所实现的效用；a_i为无人机是否在观测点p_i悬停，若悬停则a_i＝1，否则a_i＝0；Q_j为对于每个观测目标的最大拍摄效用。