自适应可变威胁的多无人飞行器协同航迹规划算法

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多无人飞行器协同航迹规划是指各飞行器对于给定的同一目标在到达时间限制上能满足任务要求所规划的飞行航迹,即基于时间协同的多飞行器航迹规划技术。对于每个飞行器来说,在路径规划的过程中都希望航迹的代价尽可能的小,同时又希望多个飞行器在协同规划上达到最优。另外由于无人飞行器在沿初始规划航迹向目标运动过程中,由于环境可变性使得飞行器必须实时地重新进行航迹规划。为此,本文提出一种自适应可变威胁的多无人飞行器协同航迹规划算法。在单飞行器的航迹规划上,初始阶段提出了基于稀疏A*的三维航迹规划算法,以满足初始航迹的代价尽可能小的要求。在飞行过程中可能受到动态改变威胁的影响,再规划阶段提出了基于进化的高概率匹配点航迹规划算法,这里的高概率匹配点为前一阶段节点扩展时未受威胁影响的已扩展与待扩展航迹节点,此算法利用进化算法的快速规划性满足实时性要求,同时后续航迹在多次进化后代价在可接受范围内。在多飞行器协同航迹规划上,初始阶段提出了基于时间协同航迹规划算法,它按照每条航迹顺序规划的原则完成所有飞行器的规划,以保证各个飞行器在空中停留时间最短,并最终同时到达目标点。在飞行过程中如果某个飞行器遇到新威胁时,提出了基于时间协同航迹再规划算法,在新规划航迹后仍然保证各个飞行器同时到达目标,通过重新协调各个飞行器的速度保证协同性,避免了再次规划后其他未受威胁影响的飞行器可能存在的绕路问题。实验结果表明,多飞行器初始航迹规划在航迹代价上较小,并满足了分散性的原则,基于时间协同上达到最优。对于存在可变威胁的情况下能有效进行航迹再规划,再次规划的路径近似最优以及满足规划实时性要求,最终在基于时间协同的条件下同时到达目标。
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