启发式最优航迹规划算法数据结构的改进研究
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在容量有界的问题 , 这样 容易导致 O E P N表溢 出, 影响搜 索结 果 的最优性。如果采用链表形式的二叉堆 , 链表在索 引指定序 号 的单元时 , 实际上只能靠链 表依次递 推索引 , 率很低。单 效 向 C OE L S D链表在步骤 f 中索 引重复节点时效率 也较低。在 ) 并行多线程搜索对单 向链表和二叉堆压入新节点时 , 操作存在
收 稿 日期 :2 1 —1 1 0 10 .2;修 回 日期 :2 1—2 1 0 10 —8
作 者 简 介 :杨 楠 ( 9 5 ) 男 , 18 一 , 陕西 西 安 人 , 士研 究 生 , 硕 主要 研 究 方 向 为飞 行 器 控 制 理 论及 应 用 ( ̄yn7 @ 13 cr) 张 健 (9 5 ) 男 , 川 jyag8 6 .o ; n 16 一 , 四
OE P N表 。该算 法 大 大缩 短 了搜 索 时 间 , 省 了 内存 空 间 ; 节
0 引言
航迹规划是指在特定 的约束条件下 , 寻找运动体从初始点 到 目标点满 足某种性能指 标的最优运 动轨迹 。在 防空技术 日
益 完 善 的现 代 战 争 中 , 迹 规 划 是 实 现 作 战 飞 机 突 防 攻击 的关 航
杨 楠 ,张 健, 刘 希 ,陈力威
( 空军工程 大 学 工程 学院 ,西安 7 0 3 ) 10 8 摘 要 :结合航 迹规 划 多 约束 条 件 的 实 际 , 进 了启 发 式 A 改 系 列算 法 的 流程 及 数 据 结 构 , A 将 算 法 中的
OE P N表 映射 到 C O E L S D表 中 , 出一 种装 箱式 方法 管理 C O E 提 L S D表 , 高 了对 重复 节点的 查找效 率 , 决 了并 提 解 行 A 算法 中维护 C O E L S D表 时存 在 的数 据访 问冲 突 问题 , 使得 算法更 加适 用于 实现 并行 多核 编程 。采 用 最 小 二叉树 的方式 管理 O E P N表 , 克服 了采用传 统链表排 序耗 时 、 二叉堆 数组 容量有 上界 的缺 点。仿 真 结果表 明, 改
内江人, 副教授 , 硕导, 主要研 究方向为飞行 器控制理论及应用 ; 刘希(9 6 ) 男, 18 一 , 湖南湘潭人 , 士研 究生 , 博 主要研 究方向为 系统建模理论 与仿 真;
陈力 威 (9 6 ) 男 , 夏银 川人 , 士 研 究 生 , 18 一 , 宁 硕 主要 研 究方 向为 系统 建模 理 论 与 仿 真 .
h u itc o tmia i n f rp t l n i g e rsi p i z t a h p a n n o o
Y ANG Na n,Z HANG i n I Xi Ja ,L U ,CHE i i N L— we
(ntuefEnier g, i F r n ier gU i rt, ’n7 0 3 ,C ia Is tto gne n Ar oc E gne n nv sy 崩 a 10 8 hn ) i i e i ei
Absr c : Th o g mp o ig t e p o e sa d daasr c u eo ta t r u h i r vn h r c s n t tu t r fA s re l o i e sa g rt f rpah p a n n t lirsrc in a — i hm o t l n i gwih mu t-e t to c i t la p iai ua p lc t on,t e OPEN ito h ls fA ag rt l o hm sm a p n o CLOSED it t s pa rprpo e o de o ma a e i wa p i g t ls , hi pe o s d a b x mo l t n g
进 的 算法无论在 单线程 还是 多线程 并行 解 算以及搜 索效 率上都远 远 高于传统 的 A 系列算法 。 关键词 :航 迹规 划 ;装箱式 ; 叉树 ;A 二 算法
中图分类 号 :T 3 19 P9 .
文献标 志码 :A
文章 编号 :10 -6 5 21 )82 1—3 0 139 (0 10 —9 90
2 传统 的 A 算法和 数据 结构
2 1 A。 . 算法
A‘ 算法是利用启发信 息引 导搜索决 策提高 搜索效率 , 并
同时保证 搜索路径 的最优 性。代价 函数 由已知代 价和估计代
数据竞争和访问 冲突 , 响并行 计算效率 的发挥 。文 献 [1 影 1]
提 出了各线程分别私有 O E P N表 和 C O E L S D表的方法 , 解决了
K e i等人 的 L A 1eogpann ) ong P (iln l igA 是一种递增 式搜 f n
索的 A 算法 ; 李季等人 提出 了一种结合 飞行器简化运 动方 程的A 算法 。这些 方 法均 在一 定 程度 上 提高 了搜 索 效率 。
但通过改进算法流程和优化算 法的数据 结构提 高搜索效率 以
d i1 3 6 / .sn 1 0 一 6 5. 0 1 0 . 3 o :0. 9 9 j is . 0 l 3 9 2 1 . 8 0 3
I r v me to aa s u tr o lo i m f mp o e n fd t t cu e frag rt o r h
第2 8卷 第 8期
2 1 年 8月 01
计 算 机 应 用 研 究
Ap l a in Re e rh o mp t r p i t s a c fCo u e s c o
Vo. 8 No 8 12 . Au . 0 1 g 2 1
启发 式 最 优 航迹 规 划 算 法数 据 结构 的改进 研 究
也就越长 。所 以在应用时 , 应根据实 际情况在航迹最优解与搜
采用最小二叉堆 ,L S D表采用单 向链 表的存储 形式。最小 COE
二叉堆在步骤 b 中选取最佳节点时效率较高’ ) , 但在步骤 e 中 )
寻找重复节点时效率较低。另一个缺点 就是数组 型二 叉堆存
索时 间之间折中。这样每一 个节点可 用其坐标 和方 向唯一标 志为 ( Y 妒 。其 中 : 为节点坐标 , 当前航向。 , , ) 、 为
键技术 , 是提高飞机作战性能 、 实施远程精确打击 的有效手段 , 对 于提高作战飞机的生存 率和任务成功率至关重要。因此 , 航 迹规划技术在现 代军 事领域 得到 了广泛 的应 用 J 。近年来 ,
研 究 用 于航 迹 规 划 问 题经 典 的规 划 算 法 主要 有 动 态 规 划法 、 遗
性及所求解 的最优性 。 H r等人 于 17 年提 出的启发 式 A a t 91 算法是人 工智能
中关 于最 优 路 径 搜 索 的 一 种非 常重 要 的方 法 。 目前 , 究 人 员 研
1 搜 索 策略
采用稀疏 A 算法 的思想 , 通过规则 的 四边形 网格将规划 空间划分为离散的节点。考 虑飞行器机动性能 的约束 , 采用基 于航 向角有限变化的搜 索策略缩小搜索空 间。如图 1 所示 。 取 单步最大转弯角 :5 , 4 。选取三个扩展方 向 , 分别为 一 5 、 4 。 0 和 4 。 采用 内切 圆的方式平 滑航路 。假设 最小转弯半径 为 。 5,
尺 ; 则 网格 步 长可 以 由式 ( ) 定 : , 1确
对 A 算法进行 了很多改进 :zzra6采用一种称 为稀疏 A Sce _ b 搜索 ( A ) S S 的技术进行三维航迹 规划 , 该方法根据航迹 约束条 件 , 当前航迹点不可行 的搜 索空间剪 除 , 将 再将 可行 的扩 展空 间分割成多个子空 间 , 每个 子空 间代价 最小 的航迹 点加 入 取
传算法 、 模拟退火算法 、 蚁群算 法 、 经网络算 法_ 等 ; 外还 神 2 此
定位从而直接找到最佳 节点 , 了算法的搜索效 率。经仿真 提高
证实 了算法的有效 性。
有量子粒子群 算法 以及 差分 进化 算 法 等 相对 较新 的算 法 。这些算 法各有优缺点 , 其优劣 主要取决于算法的计算快速
用于工程实现 的研究并不多见 。基于此 , 本文改进 了 A 系 列算法 的算法流程和数据结构 , A 将 算 法的 O E P N表映射到 COE L S D表中 , 采用最 d _ 树 的方式 管理 O E x -叉 P N表 , 设计 并 了装箱式数据结构管理 C O E L S D表。该改进方法 可 以方便 地
llc mp i g,whc d i mo e s ia l r mulip o e s r p o r mmi g Usng mi i m i a y te o ma g e OP e o utn ih ma e t r u tb e f o t・ r c so r g a n. i n mu b n r r e t na EN ls ,wh c o ec mel w fiin y s q e c n fu i rdiin h i e ita d t a a i pp rb u d o n r a r it ih v r o o efce c e u n i go sngta to a c a n d l n hec p ct u e o n fbia yhe pa — l s y ry. T i a in r s lss w h m p o e g rt m a he smulto e u t ho te i rv d a o h wheh ra p yt r llc mp i fsn l —h e d n rmu t—h e — l i te p l opaa e o ut o ig et r a i go litr a l ng d n n h f ce c fsa c r a r g e ha r d to a i g a d t e e in y o e r h a e frmo e hih rt n ta ii n A s re lo t m . i l e sag r h i i K e wo d y r s: p t l n i g;bo de ;bi r re;A ag rt ahpa nn x mo l nay te l o hm i