[發明專利]風場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規劃方法

無效

• 申請號: 201210046577.7
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102622653A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 龔光紅;高棟棟;王江云;韓亮
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種風場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規劃方法，其特征在于，本方法包括如下步驟：

步驟1：獲取飛行器路徑規劃所需要的環境區域；具體本步驟包括如下步驟：

步驟1.1：將飛行器所處的三維環境空間區域，從高度方向上分解為不同層次的二維歐氏空間，所得到的二維歐氏空間就是所需要的環境區域；

步驟1.2：將得到的二維歐氏空間根據地形高程和飛行器可飛行高度，劃分為障礙區和非障礙區，并確定飛行器的初始位置和目標位置；對原始數字地形高程圖中第i點位置X_i的劃分如下：

其中，表示障礙物空間，表示非障礙物空間，q_i表示位置X_i的地形高程，H表示飛行器的可飛行高度；

步驟1.3：將環境區域歸一化為單位方形區域，并進行網格劃分；

步驟2：選取Haar小波變換基函數，構建二維空間的Haar小波基函數，并用二維空間的小波變換基函數對二元函數f(x，y)近似逼近，得到：

(2)

其中，(x，y)表示二維空間的位置變量，m，n為二維空間兩個方向的位置標號，表示整數，Jmin表示最低分辨率等級；為近似逼近中二維空間Haar尺度函數的系數，λm,nJmin=∫-∞∞∫-∞∞f(x,y)Φm,nJmin(x,y)dx dy;]]>為近似逼近中二維空間Haar母小波函數的系數，

步驟3：考慮飛行器與障礙物之間的距離、風場的強度、以及風場的梯度三種因素的影響，構建飛行環境代價函數f(X)：

f(X)＝α·rm₁(X)+β·rm₂(X)+γ·rm₃(X)?????????(3)

其中，X表示當前飛行器的位置坐標，X＝(x，y)，α，β和γ是調節三種因素在代價函數中相對重要性的參數，取值范圍為0～1之間；rm₁(X)表示飛行器與障礙物之間的距離因素對飛行環境的影響，rm₂(X)表示風場的強度對飛行環境的影響，rm₃(X)表示風場的梯度對飛行環境的影響；

步驟4：利用Haar小波網格分解法重構多分辨率飛行環境代價函數，包括如下步驟：

步驟4.1：根據原始數字地形高程圖的分辨率和機載計算機的計算資源確定環境區域表示的最高分辨率等級J_max，根據規劃問題的具體需求確定環境區域表示的最低分辨率等級J_min；

步驟4.2：將任意一個分辨率等級的網格單元、同一層次分辨率區域范圍、以及同一層次分辨率區域中心坐標進行公式化表示；

在分辨率等級為j的情況下，任一網格單元表示為：

其中，分辨率等級j滿足條件：J_min≤j≤J_max；分別表示在分辨率等級為j情況下，m方向、n方向的空間間隔，hmj=[m/2j,(m+1)/2j],]]>hnj=[n/2j,(n+1)/2j];]]>

在分辨率等級為j的情況下，同一層次分辨率區域中心坐標的集合R(X，r^j)為：

其中，r^j表示在同一層次分辨率等級為j的情況下的區域范圍，r^j＞r^j+1，Y為某個位置坐標，表示環境區域；

步驟4.3：將步驟3得到的飛行環境代價函數，采用步驟2中的二維空間的Haar小波變換基函數近似逼近，得到多分辨率飛行環境代價函數，得到：

其中，N(J_min)表示在分辨率等級為J_min的情況下的位置標號的取值集合，根據式(7)得到：

G(j)表示在分辨率等級為j的情況下，考慮了障礙物和風場區域后，m方向的位置標號取值序列，根據式(8)得到：

(8)

H(j)表示在分辨率等級為j情況下，考慮了障礙物和風場區域后，n方向的位置標號取值序列，根據式(9)得到：

(9)

其中，式(8)和(9)中的z_x，z_y分別表示風場中心位置的橫、縱坐標；

步驟5：確定各網格單元的飛行環境代價函數值，將環境區域根據障礙物與非障礙物的表示值，以及飛行環境代價函數值生成環境加權圖，將多分辨率路徑規劃問題轉化為圖的搜索問題；

步驟6：基于A*或Dijkstra搜索方法尋找最優路徑，所得到的最優路徑就是為飛行器所規劃的路徑。