兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (7): 240710-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0710
收稿日期:
2024-08-21
上线日期:
2025-08-12
通讯作者:
XIAO Peng1,*(), YU Haixia1, HUANG Long2, ZHANG Siming1
Received:
2024-08-21
Online:
2025-08-12
摘要:
针对经典粒子群算法在无人机三维航迹规划过程中全局搜索能力不足、易陷入局部最优等问题,研究提出一种多维增强粒子群优化算法。算法首先通过引入改善因子,在粒子寻优各个阶段实现动态调整惯性权重,提升种群适应性和克服局部最优能力;其次依靠动态约束方程实现学习因子增强,促使粒子间信息共享更为高效,改善算法自学习能力;随后有序融合混沌初始化和精英反向学习进化等策略优势,重新规划粒子群进化流程,增强粒子在迭代过程中的均衡性和多样性,提升算法收敛精度。实验中通过测试函数横向对比和复杂三维任务场景纵向应用,多维增强粒子群优化算法在新的多维目标函数指标中相较于经典粒子群算法无人机航迹规划能力获得了提升,在5种比对算法中表现出较好的有效性和竞争力。
肖鹏, 于海霞, 黄龙, 张司明. 基于MDEPSO算法的无人机三维航迹规划[J]. 兵工学报, 2025, 46(7): 240710-.
XIAO Peng, YU Haixia, HUANG Long, ZHANG Siming. 3D Path Planning of Unmanned Aerial Vehicle Based on MDEPSO Algorithm[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(7): 240710-.
表达式 | 搜索范围 | 最优解 |
---|---|---|
[-100,100] | 0 | |
[-10,10] | 0 | |
[-30,30] | 0 | |
F4(x)=maxi{ ,1≤i≤D} | [-100,100] | 0 |
[-600,600] | 0 | |
[-32,32] | 0 | |
[-50,50] | 0 | |
[-50,50] | 0 |
表1 测试函数
Table1 Trial function
表达式 | 搜索范围 | 最优解 |
---|---|---|
[-100,100] | 0 | |
[-10,10] | 0 | |
[-30,30] | 0 | |
F4(x)=maxi{ ,1≤i≤D} | [-100,100] | 0 |
[-600,600] | 0 | |
[-32,32] | 0 | |
[-50,50] | 0 | |
[-50,50] | 0 |
函数 | 指标 | PSO | CMOPSO | NMPSO | SSA-PSO | T-PSO | MDEPSO |
---|---|---|---|---|---|---|---|
F1 | Mean | 1.48×10-1 | 1.00×10-1 | 5.50×10-2 | 5.01×10-2 | 5.00×10-2 | 5.00×10-2 |
SD | 3.02×10-1 | 2.69×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | |
F2 | Mean | 3.90×10-1 | 2.85×10-1 | 3.98×10-1 | 1.41×10-1 | 8.01×10-2 | 5.04×10-2 |
SD | 4.25×10-1 | 3.65×10-1 | 4.17×10-1 | 2.97×10-1 | 2.44×10-1 | 2.22×10-1 | |
F3 | Mean | 2.64×10-1 | 1.82×10-1 | 1.54×10-1 | 1.30×10-1 | 7.63×10-2 | 5.23×10-2 |
SD | 3.55×10-1 | 3.29×10-1 | 2.82×10-1 | 2.98×10-1 | 2.30×10-1 | 2.08×10-1 | |
F4 | Mean | 2.83×10-1 | 1.76×10-1 | 2.06×10-1 | 1.00×10-2 | 5.01×10-5 | 5.25×10-17 |
SD | 3.86×10-1 | 3.63×10-1 | 3.50×10-1 | 4.47×10-2 | 2.24×10-4 | 2.24×10-16 | |
F5 | Mean | 7.29×105 | 1.61×10-5 | 6.75×10-5 | 1.58×10-5 | 1.85×10-5 | 1.49×10-4 |
SD | 3.92×10-5 | 1.12×10-5 | 2.31×10-5 | 2.48×10-5 | 3.03×10-5 | 3.58×10-4 | |
F6 | Mean | 1.01×10-1 | 8.16×10-2 | 1.14×10-1 | 5.00×10-2 | 5.00×10-2 | 5.01×10-2 |
SD | 2.51×10-1 | 2.39×10-1 | 2.83×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | |
F7 | Mean | 2.61×10-1 | 1.36×10-1 | 2.45×10-1 | 2.61×10-1 | 1.02×10-1 | 5.28×10-17 |
SD | 3.55×10-1 | 2.83×10-1 | 3.70×10-1 | 3.67×10-1 | 2.46×10-1 | 2.24×10-16 | |
F8 | Mean | 2.61×10-1 | 1.36×10-1 | 2.45×10-1 | 2.61×10-1 | 5.00×10-2 | 5.17×10-27 |
SD | 3.55×10-1 | 2.83×10-1 | 3.70×10-1 | 3.67×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-26 |
表2 测试函数实验结果
Table2 Test function experiment results
函数 | 指标 | PSO | CMOPSO | NMPSO | SSA-PSO | T-PSO | MDEPSO |
---|---|---|---|---|---|---|---|
F1 | Mean | 1.48×10-1 | 1.00×10-1 | 5.50×10-2 | 5.01×10-2 | 5.00×10-2 | 5.00×10-2 |
SD | 3.02×10-1 | 2.69×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | |
F2 | Mean | 3.90×10-1 | 2.85×10-1 | 3.98×10-1 | 1.41×10-1 | 8.01×10-2 | 5.04×10-2 |
SD | 4.25×10-1 | 3.65×10-1 | 4.17×10-1 | 2.97×10-1 | 2.44×10-1 | 2.22×10-1 | |
F3 | Mean | 2.64×10-1 | 1.82×10-1 | 1.54×10-1 | 1.30×10-1 | 7.63×10-2 | 5.23×10-2 |
SD | 3.55×10-1 | 3.29×10-1 | 2.82×10-1 | 2.98×10-1 | 2.30×10-1 | 2.08×10-1 | |
F4 | Mean | 2.83×10-1 | 1.76×10-1 | 2.06×10-1 | 1.00×10-2 | 5.01×10-5 | 5.25×10-17 |
SD | 3.86×10-1 | 3.63×10-1 | 3.50×10-1 | 4.47×10-2 | 2.24×10-4 | 2.24×10-16 | |
F5 | Mean | 7.29×105 | 1.61×10-5 | 6.75×10-5 | 1.58×10-5 | 1.85×10-5 | 1.49×10-4 |
SD | 3.92×10-5 | 1.12×10-5 | 2.31×10-5 | 2.48×10-5 | 3.03×10-5 | 3.58×10-4 | |
F6 | Mean | 1.01×10-1 | 8.16×10-2 | 1.14×10-1 | 5.00×10-2 | 5.00×10-2 | 5.01×10-2 |
SD | 2.51×10-1 | 2.39×10-1 | 2.83×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-1 | |
F7 | Mean | 2.61×10-1 | 1.36×10-1 | 2.45×10-1 | 2.61×10-1 | 1.02×10-1 | 5.28×10-17 |
SD | 3.55×10-1 | 2.83×10-1 | 3.70×10-1 | 3.67×10-1 | 2.46×10-1 | 2.24×10-16 | |
F8 | Mean | 2.61×10-1 | 1.36×10-1 | 2.45×10-1 | 2.61×10-1 | 5.00×10-2 | 5.17×10-27 |
SD | 3.55×10-1 | 2.83×10-1 | 3.70×10-1 | 3.67×10-1 | 2.24×10-1 | 2.24×10-26 |
场景 名称 | 山体中 心/km | 山体坡度 衰减量 | 山体高 度/km | 雷达中 心/km | 最大探 测距 离/km | 有效探 测距 离/km |
---|---|---|---|---|---|---|
场景一 | (20,40) (40,10) (40,40) | (5,8) (5,5) (6,6) | 4 5 6 | (35,9) (25,30) (11,15) | 6.6 12 7.5 | 6 10 7 |
场景二 | (15,35) (25,25) (40,10) | (10,10) (10,10) (5,5) | 5 5 5.5 | (38,40) (20,40) (11,15) | 6.5 6.5 8.8 | 6 6 8.6 |
场景三 | (13,13) (25,25) (40,40) | (8,8) (8,8) (8,8) | 4 5 5 | (38,11) (26,38) (9,35) | 9 7.5 6.5 | 8 7 6 |
场景四 | (15,25) (30,25) (40,25) | (10,8) (10,8) (10,8) | 5 5 5 | (40,30) (9,15) (9,40) | 9 7.5 6.5 | 8 7 6 |
表3 任务场景建模参数
Table 3 Task scenario modeling parameters
场景 名称 | 山体中 心/km | 山体坡度 衰减量 | 山体高 度/km | 雷达中 心/km | 最大探 测距 离/km | 有效探 测距 离/km |
---|---|---|---|---|---|---|
场景一 | (20,40) (40,10) (40,40) | (5,8) (5,5) (6,6) | 4 5 6 | (35,9) (25,30) (11,15) | 6.6 12 7.5 | 6 10 7 |
场景二 | (15,35) (25,25) (40,10) | (10,10) (10,10) (5,5) | 5 5 5.5 | (38,40) (20,40) (11,15) | 6.5 6.5 8.8 | 6 6 8.6 |
场景三 | (13,13) (25,25) (40,40) | (8,8) (8,8) (8,8) | 4 5 5 | (38,11) (26,38) (9,35) | 9 7.5 6.5 | 8 7 6 |
场景四 | (15,25) (30,25) (40,25) | (10,8) (10,8) (10,8) | 5 5 5 | (40,30) (9,15) (9,40) | 9 7.5 6.5 | 8 7 6 |
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