基于人机合作的无人机实时航迹规划

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1、2017年4月第43卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2017V01．43No．4http：÷}bhxb．buaa．edu．onjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0271基于人机合作的无人机实时航迹规划张帅1，李学仁1’+，张鹏1，张建业2，白晗3，赵晓林1(1．空军工程大学航空航天工程学院，西安710038；2．空军工程大学科研部，西安710051；3，空军哈尔滨飞行学院理论训练系，哈尔滨15000

2、1)摘要：针对复杂多变的战场环境，无人机(UAV)在执行任务遇到突发威胁时，提出了一种人机合作的实时航迹规划方法。由人决策和分析威胁信息，给出规避方向和任务紧急程度，无人机据此采用模糊推理的方法，自主解算得到引导点的位置，牵引无人机改变航向，规避突发威胁。仿真结果表明，采用人机合作的实时航迹规划可以将人的智能决策和无人机的快速计算能力有机结合起来，规划更加优化的航迹，能动态调整引导点的位置，可根据任务的紧急程度灵活选择规避路径。关键词：无人机(UAV)；人机合作；航迹规划；突发威胁；引导点中图分类号：V279文献标识码：A文章编号：1001—5965(2017)04-0814

3、—09无人机(UAV)航迹规划是一个综合性的优化问题，考虑因素多，涉及面广。在以往的一些文献中，对于无人机航迹规划，主要基于自主规划展开研究¨⋯，通常考虑将无人机视为高度智能的人工智能体，在面对突发威胁时，无人机自主进行决策，规划逃避威胁的路径。航迹规划是一个NP．hard问题¨o，将需要巨大的计算量和占据大量的内存，耗时并且效率不高，当规划空间复杂时，采用自主航迹规划有可能失效，因为机器只能按照指定的程序规划，无法完全实现根据环境变化而动态调整。因而，考虑引入人的智慧，通过人与无人机合作，实现人在回路的航迹规划。人具有强大的思维能力和指挥决策能力，人可以通过自己的认知能力和

4、直观的判断更加快速地做出正确的判断，可以适时根据环境的变化做出调整。目前，国内外学者对人和人工智能机器如何进行合作，更好地完成任务进行了深入的研究，并发表了大量的研究成果拍4“。陈军等¨u研究了人对无人机的干预方式，采用分层干预策略，满足不同层次的决策需求。Cummings¨2。和史美萍¨纠等对人机协同路径规划也展开了研究，人在规划中所充当的角色是通过直观判断增加或删除航路点实现对路径的修正。任鹏和高晓光¨4。1副利用人的智慧和综合判断能力，选出最优航迹，在遇到突发威胁时，由人设置重规划的起始点和终止点。谭雁英¨叫提出通过人机交互界面在理想位置设定子目标点，引导无人机重规划航

5、迹从而规避突发威胁。Sun和Cai017]提出由人对突发威胁的危险性进行评估，采用云模型解算得到引导点，从而启发A‘算法寻优得到规避路径。这些研究的侧重点主要集中于人机交互的机制或控制权限的决策分配上，或者在航迹规划中，通过人手动地在操作界面上删除或增加航路点以改变航迹。但对于人如何真正地参与到航迹规划之中，实现人在回收稿日期：2016-04-07；录用日期：2016-06-20；网络出版时间：2016—10—1008：59网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20161010．0859．003．html基金项目：国家自然科学基金

6、(61503405)；航空科学基金(20145596024)$通讯作者：E—mail：lixueren@126．corn引用格式：张帅，李学仁，张鹏，等．基于人机合作的无入机实时航迹规划口J．北京航空航天大学学报，2017，43(4)：814—822．ZHANGS，LIxR，ZHANGP，eta1．UAVreal—timepathplanningbasedOnhuman·machinecooperation口j．JournalofBeljingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(4)：814-822(inChinese

7、)．第4期张帅，等：基于人机合作的无人机实时航迹规划815路动态调整航迹，既充分发挥人的决策和判断能力，又充分利用计算机的高效快速计算性能，还处于探索阶段，需要进一步的研究。1问题描述如图1所示，当无人机按预先规划的静态航迹飞行到某处时，探测到突发威胁，如果按照无人机自主航迹规划方法，将根据设定的目标函数机械地规划得到最优航迹，如航迹2所示。虽然从规划的结果来看，航迹2可以成功规避突发威胁，航程最短，并且不会进入其他威胁的区域，但是航迹2经过的区域属于威胁密集区域，危险系数增大，如果在飞行途中再次遭遇其