[发明专利]多威胁环境下的协同路径规划方法

说明书

本发明涉及多智能体协同控制技术领域，公开了一种多威胁环境下的协同路径规划方法，该方法包括：根据无人机集群中每架无人机的起点位置和终点位置规划所有可行的威胁规避路径；根据期望路径长度，在每架无人机的可行的威胁规避路径中确定基础路径，并对所确定的基础路径进行优化调整，使优化后的基础路径的长度与期望路径长度的优化后长度误差最小，并将优化后长度误差从低到高排列的前n条优化后的基础路径作为优化路径集；对每架无人机的优化路径集进行碰撞检测，并将检测到的无碰撞的优化路径作为协同路径。由此，可以使无人机集群在具有威胁规避功能的条件下，生成几乎等长的协同路径，使无人机集群在巡航突防末端满足一定的时空约束条件。

技术领域

本发明涉及多智能体协同控制技术领域，尤其涉及一种多威胁环境下的协同路径规划方法。

背景技术

无人机协同功能在搜索、探测、打击等任务中得到了广泛的应用。无人机集群在飞往任务区域的过程中会遇到障碍物或威胁区(本文中统称为威胁区)，为了使后续的协同任务能够顺利开展，需要无人机集群对威胁进行规避并保持一定的时间和空间运动约束。因此在多威胁环境下的无人机协同路径规划技术具有重要的研究意义。

在现有研究中，路径规划方法可分为数学计算方法、图论方法、智能启发式方法、基于路径规划方法等。以上及方法均能满足多威胁环境下的无人机协同路径规划需求，但是每种方法也存在各自的局限性。其中，数学计算方法和智能启发式方法的在线计算量大，图论方法和智能启发式方法需要对规划出的路径点进行二次拟合生成可飞路径，基于路径规划方法依赖于路径点的选取。Dubins方法属于基于路径规划方法，它具有路径规划简单、计算量小、符合无人机机动性约束的优势。在基于Dubins方法的路径规划研究中，部分研究成果针对动态威胁区的单无人机路径规划问题，通过与威胁区做切线的方式设计了最短威胁规避路径的生成策略。部分研究成果基于微分几何思想提出了多无人机协同Dubins路径规划方法，但是在避障路径规划中，没有充分考虑路径的多样性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种多威胁环境下的协同路径规划方法，能够解决上述现有技术中的问题。

本发明的技术解决方案：一种多威胁环境下的协同路径规划方法，其中，该方法包括：

根据无人机集群中每架无人机的起点位置和终点位置规划所有可行的威胁规避路径；

根据期望路径长度，在每架无人机的可行的威胁规避路径中确定基础路径，并对所确定的基础路径进行优化调整，使优化后的基础路径的长度与期望路径长度的优化后长度误差最小，并将优化后长度误差从低到高排列的前n条优化后的基础路径作为优化路径集；

对每架无人机的优化路径集进行碰撞检测，并将检测到的无碰撞的优化路径作为协同路径。

优选地，根据无人机集群中每架无人机的起点位置和终点位置规划所有可行的威胁规避路径包括：

针对每架无人机生成起点位置到终点位置的多条路径；

检测多条路径是否与威胁圆相交；

如果存在与威胁圆不相交的路径，对安全抵达终点位置的路径进行筛选，并将筛选出的路径按照顺序重新编号存入数据库中；

如果多条路径均与威胁圆相交，则提取每条路径中遇到的第一个威胁圆，分别针对对应的第一个威胁圆规划多条切线路径；

检测多条切线路径是否与第一个威胁圆以外的其他威胁圆相交；

如果存在与其他威胁圆不相交的切线路径，对安全抵达终点位置的切线路径进行筛选，并将筛选出的切线路径按照顺序重新编号存入数据库中，结束路径规划流程；

如果多条切线路径均与其他威胁圆相交，则根据每条切线路径的起始圆弧半径和终止圆弧半径判断是否存在起点圆与终点圆相交；