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专利号: 2019112907690
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-06-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:建模无人机执行任务出发点、任务目标点集合;

S2:建模无人机执行任务类型;

S3:建模无人机飞行区域;

S4:建模充电站部署标识;

S5:建模无人机任务执行变量;

S6:建模无人机路径规划变量;

S7:建模无人机系统任务协同及路径规划限制条件;

S8:建模无人机执行任务所需总时间;

S9:基于无人机执行任务所需总时间最小化,确定无人机系统最优任务执行及路径规划策略。

2.根据权利要求1所述的无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:在步骤S1中,考虑多个无人机从特定位置出发协同执行任务,Uk表示第k个无人机,1≤k≤K,K为无人机总数;令Sk为Uk出发点,Tm为第m个任务目标点,1≤m≤M,M为任务目标点总数。

3.根据权利要求2所述的无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:在步骤S2中,R={R1,R2,...,RN}为各任务目标点上需要完成的任务类型集合,Rn表示第n种任务,1≤n≤N,N为任务类型总数,令αm,n表示Tm处执行任务Rn标识,若Tm处需执行任务Rn,则αm,n=1,否则,αm,n=0;

令βk,n表示无人机执行任务能力标识,若Uk能执行任务Rn,则βk,n=1,否则,βk,n=0;

若任务目标点存在多个任务,则任务需按照一定优先级执行,Pn表示Rn的优先级,P1>P2>...>PN。

4.根据权利要求3所述的无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:在步骤S3中,对无人机执行任务出发点、任务目标点之间区域进行二维离散化,建模为二维网格,令Δx及Δy分别为网格行、列相邻点之间距离, 及 分别为网格中行、列的最大点数,其中, 网格中第i行第j列节点为Ni,j,令 表示二维网格中Sk对应节点, 表示二维网格中Tm对应节点,其中,若Ni,j存在威胁,则Gi,j=1,否则,Gi,j=0。

5.根据权利要求4所述的无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:在步骤S4中,充电站部署于无人机执行任务出发及目标点之间区域内,令χi,j为充电站部署标识,若Ni,j处已部署充电站,则χi,j=1,否则,χi,j=0。

6.根据权利要求5所述的无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:在步骤S5中,令xk,m,n为无人机任务执行变量,若Uk到达Tm执行任务Rn,则xk,m,n=1,否则,xk,m,n=0,1≤k≤K,1≤m≤M,1≤n≤N。

7.根据权利要求6所述的无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:在步骤S6中,令 为无人机路径规划变量,若Uk经过节点 到达节点 则 否则,

8.根据权利要求7所述的无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:在步骤S7中,建模无人机系统任务协同及路径规划限制条件,具体包括:(1)建模无人机任务执行变量限制条件,Uk仅能到单个目的点执行一种任务,即:(2)建模无人机路径规划限制条件,各节点需满足保持流守恒,若 则若 则 若 且 则

(3)建模无人机飞行区域条件,即:若 则

(4)建模无人机飞行节点限制条件,即:若 则 或 同时或

(5)建模无人机Uk飞行距离限制条件,若 则 其中, 为无人机Uk单次充满电后最大飞行距离, 表示无人机飞行线路上两节点 和 间飞行距离,建模为

(6)建模目的点任务完成限制条件,各目的点任务需保证全部被完成,即: 其中Nm为Tm需执行任务总数。

9.根据权利要求8所述的无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:在步骤S8中,所述无人机执行任务所需总时间建模为 其中,Dm为Tm任务执行总时间,建模为 其中,Dm,n为Tm处执行任务Rn所需时间,建模为 其中,Dk,m,n为Uk到达Tm执行任务Rn所需时间,建模为 其中, 为Uk完成任务Rn所需时间,建模为 其中,In为完成任务Rn所需资源,Fk为Uk任务执行能力; 为Uk到达Tm所需时间,建模为 其中, 为Uk从节点飞行至节点 所需总时间,建模 其中, 为Uk从节点 飞行至节点 所需飞行时间, vk为无人机Uk的飞行速度,为无人机Uk自出发点到达目的点所需充电时间,建模 其中p为充电站充电功率, 为Uk从节点 飞行至节点 消耗电 量,建模其中Wk为Uk功率消耗速率。

10.根据权利要求9所述的无人机系统任务协同及路径规划方法,其特征在于:在步骤S9中,基于无人机执行任务所需总时间最小化,优化确定无人机任务执行,路径规划变量,即 其中, 分别对应无人机Uk执行任务所需总时间最小的任务执行策略和最优路径规划策略。