无人机航路自动规划优化方法研究与仿真

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1、第30卷第4期计算机仿真2013年4月文章编号：1006—9348(2013)04—0045—04无人机航路自动规划优化方法研究与仿真华珊珊(合肥学院计算机科学与技术系，安徽合肥230601)摘要：研究无人机航路规划的优化问题。无人机飞行的环境较为复杂，当外界环境较为复杂的情况下，选取的路径突变性强。频繁更改路径会造成路径计算模型出现粗规划过程，传统的路径规划方法在飞行航行频繁变化、模型出现粗规划时，模型很难收敛，路径规划结果不能达到最优，造成路径选取不准确。为解决上述问题，提出一直用于无人机最

2、优路径计算的蜂群算法，设计了航路编码方案及随机化的初始航路生成算法，保证了算法的全局性；采用锦标赛算法实现选择过程，并提出了三种跟随蜂邻域搜索算法，提高了算法的收敛性，克服粗规划的弊端。仿真结果验证了对无人机路径规划带来极大改善。关键词：无人机；航路规划；人工蜂群算法中图分类号：TP39文献标识码：AResearchandSimulationofUavRoutePlanningOptimizationMethodHUAShan—shan(HefeiUniversity，DepartmentofC

3、omputerScience&TechnologyofHU，HefoiAnhui，230601)ABSTRACT：ResearchtheoptimizationoftheUavrouteplanning．Thepaperputforwardtheoptimalpathcaleula—tionofcolonyalgorithm．Thealgorithmwasusedtodesignroutecodingschemeandrandominitialroutegenerationalgorithmto

4、ensurethealgorithmglobalcharacteristic．ThechampionshipalgorithmWasusedtorealizetheselectionprocess．Thepaperalsoputforwardthreefollowbeesneighborhoodsearchalgorithms，whichimprovedthealgorithmconvergence．Thesimulationresultsshowthattheswarmalgorithmbri

5、ngsgreatimprovementtopathplanning．KEYWORDS：Unmannedaerialvehicle；Routeplanning；Artificialbeecolonyalgorithm1引言无人机路径规划是指在战场威胁、无人机性能等多约束条件下，规划出一条可行的最优路径。随着现代战场环境日益复杂多变，能够快速准确地规划出最优航路，是保证无人机能够顺利完成作战任务的有力保证。航路规划的关键是航路规划算法，国内外学者在这方面已做了大量工作，提出了多种规划方法，如文献[1

6、]中利用At算法求解无人机飞行轨迹，算法复杂度较低，能快速实现攻击轨迹的解算，但计算精确度不足；文献[2]提出了基于分散搜索的混合搜索算法，利用Bayes方法计算点之间的威胁概率，算法可以有效计算航路，但只考虑了航路的粗规划过程。这些传统方法在搜索性能上存在不足，不能很好地同时保证计算速度和计算质量。几年来，许多文献利用智能算法研究无人机航路规划问题，文献[3～6]中分别利用遗传算法、粒子群算法、蚁群算法和遗传蚁群算法求解该问题，取得了较好的效果，但都存收稿日期：2012—05—04修回日期：2

7、012—08-08在收敛性不足，对一些约束条件难以处理等困难，不能很好地保证航路规划的计算需求。造成以上问题的原因主要是无人机飞行的环境较为复杂，当外界环境较为复杂的情况下，路径突变性强。多次突然地更改路径会造成路径计算模型出现粗规划过程，传统的方法主要以模型为主，在飞行航行频繁变化，模型出现粗规划的时候，很难保证路径规划结构的最优，造成路径选取出现偏差。因此，在复杂环境下，无人机的最优路径规划，成为一个难题。为了解决这一问题，提出利用蜂群算法研究无人机航路规划问题，以导航点和航路关键指标的结构

8、体为算法编码，将约束条件以惩罚函数形式引入评价指标的计算，并设计了航路初始化算法及多种跟随蜂邻域搜索算法，使蜂群算法成功应用于航路求解。仿真结果表明，该方法能满足无人机航路规划的计算要求。2无人机航路规划原理一般的传统方法下，考虑无人机在飞行过程中的方向改变，因此可将三维的航路规划问题转化成飞行高度固定下的---——45·--——二维航路规划问题‘71。规划原理如下：2．1飞行威胁区域的选取无人机飞行环境是指无人机在执行飞行任务是飞越的物理空间。在此物理空间通常会有各种威胁存在，如地形高度、气象