本發(fā)明屬于無人機(jī)航跡規(guī)劃領(lǐng)域，更具體地，涉及一種航跡欺騙干擾背景下的無人機(jī)航跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、干擾無人機(jī)航跡規(guī)劃是無人機(jī)集群實(shí)施航跡欺騙干擾任務(wù)的基礎(chǔ)，并在一定程度上影響著干擾效果。在規(guī)劃干擾無人機(jī)航跡時(shí)，既要確保滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，又要考慮無人機(jī)自身能耗、安全等問題，而考慮的指標(biāo)因素越全面，所規(guī)劃出的航跡綜合性能越好，越有利于干擾任務(wù)的完成。

2、現(xiàn)有技術(shù)提出在多機(jī)協(xié)同對組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行航跡欺騙干擾的背景下，提出了一種改進(jìn)鯨魚算法實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同欺騙干擾模型優(yōu)化，但是代價(jià)函數(shù)僅考慮產(chǎn)生的假目標(biāo)航跡條數(shù)，并未給出無人機(jī)實(shí)際飛行參考軌跡。也有現(xiàn)有技術(shù)給出以最小無人機(jī)能耗和最小航跡曲率為優(yōu)化目標(biāo)，得到兩種不同的最優(yōu)控制模型，但其模型組成因素簡單籠統(tǒng)，部分關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置并未進(jìn)行公式推導(dǎo)，規(guī)劃出的航跡綜合性能較低，且求解較為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種航跡欺騙干擾背景下的無人機(jī)航跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有干擾無人機(jī)航跡規(guī)劃方法在構(gòu)建代價(jià)函數(shù)時(shí)未全面構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)且未給出明確的參數(shù)設(shè)置方法，導(dǎo)致模型的求解較為復(fù)雜且精準(zhǔn)度較差的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種航跡欺騙干擾背景下的無人機(jī)航跡規(guī)劃方法，包括以下步驟：

3、根據(jù)任務(wù)需求生成欺騙干擾的虛假航跡，選取距離比值系數(shù)作為pso的粒子，結(jié)合約束條件，迭代更新粒子進(jìn)化速度和位置，計(jì)算每次迭代后的適應(yīng)度值、粒子個(gè)體極值和群體極值，直至達(dá)到最大進(jìn)化次數(shù)，輸出最優(yōu)適應(yīng)度值和所對應(yīng)粒子位置，獲取無人機(jī)航跡規(guī)劃結(jié)果；

4、其中，所述距離比值系數(shù)為無人機(jī)到雷達(dá)的距離與假目標(biāo)到雷達(dá)的距離比值；每個(gè)粒子表示每個(gè)無人機(jī)對應(yīng)一個(gè)距離比值系數(shù)構(gòu)建的數(shù)組；適應(yīng)度值為評價(jià)函數(shù)模型求解值；

5、其中，假目標(biāo)-無人機(jī)-雷達(dá)三點(diǎn)共線，多架干擾無人機(jī)同時(shí)干擾多部雷達(dá)，每架無人機(jī)產(chǎn)生一個(gè)虛假信號，多個(gè)虛假信號在空間融為一點(diǎn)，形成假目標(biāo)；

6、其中，設(shè)置無人機(jī)飛行速度范圍、無人機(jī)飛行高度、無人機(jī)最大轉(zhuǎn)彎率以及無人機(jī)最大爬升角，建立約束條件；

7、評價(jià)函數(shù)模型的構(gòu)建方法，包括以下步驟：

8、a.通過建立從投放點(diǎn)至航跡起始點(diǎn)能耗以及按照規(guī)劃航跡飛行能耗表達(dá)式，獲取無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗；且假設(shè)在實(shí)施干擾器件無人機(jī)的通信信號在自由空間中傳播，構(gòu)建無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗；且構(gòu)建被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率；

9、b.對無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗、無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗以及被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率進(jìn)行加權(quán)處理，構(gòu)建評價(jià)函數(shù)模型。

10、進(jìn)一步優(yōu)選地，從投放點(diǎn)至航跡起始點(diǎn)能耗包括勻速運(yùn)動(dòng)能耗、懸停能耗和高度變化能耗；按照規(guī)劃航跡飛行能耗包括勻速運(yùn)動(dòng)能耗、高度變化能耗和轉(zhuǎn)角能耗。

11、進(jìn)一步優(yōu)選地，無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗為所有兩個(gè)無人機(jī)之間通信信號的自由空間傳播損耗之和；

12、兩個(gè)無人機(jī)之間通信信號的自由空間傳播損耗表達(dá)式為：

13、

14、l1,2(t3)＝32.44+20lg(f)+20lg(||q1(t3)-q2(t3)||2)

15、其中，下角標(biāo)1和2代表第一無人機(jī)和第二無人機(jī)，f為無人機(jī)通信信號頻率；q1為第一無人機(jī)位置坐標(biāo)；q2為第二無人機(jī)位置坐標(biāo)；||·||2表示求2-范數(shù)；l1,2(t3)為第t3時(shí)刻第一無人機(jī)和第二無人機(jī)間通信信號傳輸損耗；l1,2為0～t3時(shí)刻第一無人機(jī)和第二無人機(jī)間通信信號傳輸損耗。

16、進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟b具體包括以下步驟：

17、對無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗、無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗以及雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

18、設(shè)置任務(wù)完成能力和安全性指標(biāo)的權(quán)重，其中，任務(wù)完成能力指標(biāo)包括無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗指標(biāo)和無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗指標(biāo)；安全性指標(biāo)包含雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率指標(biāo)；

19、評價(jià)函數(shù)模型為：y＝0.2enorm+0.6lnorm+0.2pdnorm；

20、其中，enorm為標(biāo)準(zhǔn)化后無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗；pdnorm為標(biāo)準(zhǔn)化后的雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率；lnorm為標(biāo)準(zhǔn)化后的總信道傳輸損耗。

21、進(jìn)一步優(yōu)選地，更新粒子進(jìn)化速度和位置的方法為：

22、設(shè)置的粒子速度與位置的取值范圍，在進(jìn)化的過程中進(jìn)行邊界吸收，同時(shí)引入非線性慣性權(quán)重和異步線性變化的學(xué)習(xí)因子，對粒子速度和位置進(jìn)行更新。

23、第二方面，本發(fā)明提供了一種航跡欺騙干擾背景下的無人機(jī)航跡規(guī)劃系統(tǒng)，包括：

24、約束條件建立模塊，用于設(shè)置無人機(jī)飛行速度范圍、無人機(jī)飛行高度、無人機(jī)最大轉(zhuǎn)彎率以及無人機(jī)最大爬升角，建立約束條件；

25、無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗建立模塊，用于通過建立從投放點(diǎn)至航跡起始點(diǎn)能耗以及按照規(guī)劃航跡飛行能耗表達(dá)式，獲取無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗；

26、總信道傳輸損耗建立模塊，用于假設(shè)在實(shí)施干擾器件無人機(jī)的通信信號在自由空間中傳播，構(gòu)建無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗；

27、雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率；

28、評價(jià)函數(shù)模型構(gòu)建模塊，用于對無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗、無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗以及雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率進(jìn)行加權(quán)處理，構(gòu)建評價(jià)函數(shù)模型；

29、無人機(jī)航跡規(guī)劃模塊，用于根據(jù)任務(wù)需求生成欺騙干擾的虛假航跡，選取距離比值系數(shù)作為pso的粒子，結(jié)合約束條件，迭代更新粒子進(jìn)化速度和位置，計(jì)算每次迭代后的適應(yīng)度值、粒子個(gè)體極值和群體極值，直至達(dá)到最大進(jìn)化次數(shù)，輸出最優(yōu)適應(yīng)度值和所對應(yīng)粒子位置，獲取無人機(jī)航跡規(guī)劃結(jié)果；其中，所述距離比值系數(shù)為無人機(jī)到雷達(dá)的距離與假目標(biāo)到雷達(dá)的距離比值；每個(gè)粒子表示每個(gè)無人機(jī)對應(yīng)一個(gè)距離比值系數(shù)構(gòu)建的數(shù)組；適應(yīng)度值為評價(jià)函數(shù)模型求解值；

30、其中，假目標(biāo)-無人機(jī)-雷達(dá)三點(diǎn)共線，多架干擾無人機(jī)同時(shí)干擾多部雷達(dá)，每架無人機(jī)產(chǎn)生一個(gè)虛假信號，多個(gè)虛假信號在空間融為一點(diǎn)，形成假目標(biāo)。

31、進(jìn)一步優(yōu)選地，無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗建立模塊中從投放點(diǎn)至航跡起始點(diǎn)能耗包括勻速運(yùn)動(dòng)能耗、懸停能耗和高度變化能耗；按照規(guī)劃航跡飛行能耗包括勻速運(yùn)動(dòng)能耗、高度變化能耗和轉(zhuǎn)角能耗。

32、進(jìn)一步優(yōu)選地，總信道傳輸損耗建立模塊中無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗為所有兩個(gè)無人機(jī)之間通信信號的自由空間傳播損耗之和；兩個(gè)無人機(jī)之間通信信號的自由空間傳播損耗表達(dá)式為：

33、

34、l1,2(t3)＝32.44+20lg(f)+20lg(||q1(t3)-q2(t3)||2)

35、其中，下角標(biāo)1和2代表第一無人機(jī)和第二無人機(jī)，f為無人機(jī)通信信號頻率；q1為第一無人機(jī)位置坐標(biāo)；q2為第二無人機(jī)位置坐標(biāo)；||·||2表示求2-范數(shù)；l1,2(t3)為第t3時(shí)刻第一無人機(jī)和第二無人機(jī)間通信信號傳輸損耗；l1,2為0～t3時(shí)刻第一無人機(jī)和第二無人機(jī)間通信信號傳輸損耗。

36、進(jìn)一步優(yōu)選地，評價(jià)函數(shù)模型構(gòu)建模塊構(gòu)建評價(jià)函數(shù)模型的方法，包括以下步驟：

37、對無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗、無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗以及雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

38、設(shè)置任務(wù)完成能力和安全性指標(biāo)的權(quán)重，其中，任務(wù)完成能力指標(biāo)包括無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗指標(biāo)和無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗指標(biāo)；安全性指標(biāo)包含雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率指標(biāo)；

39、評價(jià)函數(shù)模型為：y＝0.2enorm+0.6lnorm+0.2pdnorm；

40、其中，enorm為標(biāo)準(zhǔn)化后無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗；pdnorm為標(biāo)準(zhǔn)化后的雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率；lnorm為標(biāo)準(zhǔn)化后的總信道傳輸損耗。

41、進(jìn)一步優(yōu)選地，無人機(jī)航跡規(guī)劃模塊中更新粒子進(jìn)化速度和位置的方法為：

42、設(shè)置的粒子速度與位置的取值范圍，在進(jìn)化的過程中進(jìn)行邊界吸收，同時(shí)引入非線性慣性權(quán)重和異步線性變化的學(xué)習(xí)因子，對粒子速度和位置進(jìn)行更新。

43、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括：至少一個(gè)存儲器，用于存儲程序；至少一個(gè)處理器，用于執(zhí)行存儲器存儲的程序，當(dāng)存儲器存儲的程序被執(zhí)行時(shí)，處理器用于執(zhí)行第一方面或第一方面的進(jìn)一步優(yōu)選地所描述的方法。

44、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在處理器上運(yùn)行時(shí)，使得處理器執(zhí)行第一方面或第一方面的進(jìn)一步優(yōu)選地所描述的方法。

45、第五方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在處理器上運(yùn)行時(shí)，使得處理器執(zhí)行第一方面或第一方面的進(jìn)一步優(yōu)選地所描述的方法。

46、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以參見上述第一方面中的相關(guān)描述，在此不再贅述。

47、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

48、本發(fā)明提供了一種航跡欺騙干擾背景下的無人機(jī)航跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其中，對無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗、無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗以及雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率進(jìn)行加權(quán)處理，構(gòu)建評價(jià)函數(shù)模型；基于評價(jià)函數(shù)模型求解無人機(jī)航跡規(guī)劃結(jié)果，第一方面，由于評價(jià)函數(shù)模型中考慮了無人機(jī)之間通信信號的總信道傳輸損耗，由此規(guī)劃出的航跡能夠更好地保障無人機(jī)機(jī)間通信，使得集群位置、時(shí)間協(xié)同更為通暢，避免所形成的虛假航跡點(diǎn)被組網(wǎng)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)并剔除，影響干擾效果；第二方面，由于評價(jià)函數(shù)模型考慮了雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率，能夠減小干擾無人機(jī)被敵方雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的可能，在確保無人機(jī)自身安全的同時(shí)可以避免我方欺騙干擾的作戰(zhàn)意圖被識別；第三方面，本發(fā)明提供的評價(jià)函數(shù)模型中無人機(jī)運(yùn)動(dòng)總能耗包括從投放點(diǎn)至航跡起始點(diǎn)能耗以及按照規(guī)劃航跡飛行能耗，考慮了航跡起始點(diǎn)空間位置對能耗的影響，導(dǎo)致整條航跡發(fā)生改變，而考慮能耗也能使得規(guī)劃的干擾無人機(jī)航跡更貼近現(xiàn)實(shí)。綜上所述，本發(fā)明獲取的無人機(jī)航跡規(guī)劃結(jié)果雷達(dá)發(fā)現(xiàn)率和傳輸損耗均最佳，為實(shí)施航跡欺騙干擾提供了前提條件和可靠保證。

49、本發(fā)明提供了一種航跡欺騙干擾背景下的無人機(jī)航跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其中，由于給定了無人機(jī)與虛假航跡相似飛行的前提，根據(jù)假目標(biāo)-無人機(jī)-雷達(dá)的空間位置關(guān)系和運(yùn)動(dòng)模型可得，假目標(biāo)位置與無人機(jī)位置之間存在一種穩(wěn)定的關(guān)系(假目標(biāo)-無人機(jī)-雷達(dá)三點(diǎn)共線，多架干擾無人機(jī)同時(shí)干擾多部雷達(dá)，每架無人機(jī)產(chǎn)生一個(gè)虛假信號，多個(gè)虛假信號在空間融為一點(diǎn)，形成假目標(biāo))，這種關(guān)系是由距離比值系數(shù)為無人機(jī)到雷達(dá)的距離與假目標(biāo)到雷達(dá)的距離比值所建立起來的幾何相似關(guān)系；由于虛假航跡是事先明確的，可作為已知條件，進(jìn)而可根據(jù)η值求解出評價(jià)函數(shù)模型中無人機(jī)的位置和速度等參數(shù)；從中可以看出，本發(fā)明采取單一的變量η，可以在短時(shí)間內(nèi)完成航跡規(guī)劃，在應(yīng)對任務(wù)策略調(diào)整等突發(fā)情況可發(fā)揮較大作用。