[發(fā)明專利]風(fēng)場(chǎng)影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210046577.7
• 申請(qǐng)日: 2012-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN102622653A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔光紅;高棟棟;王江云;韓亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長(zhǎng)琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及微型無人飛行器路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種風(fēng)場(chǎng)影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

微型無人飛行器作為一種相對(duì)低成本的特殊工具在民用和軍用領(lǐng)域越來越受到重視。在一些危險(xiǎn)地區(qū)或人類難以涉足的地區(qū)，微型無人飛行器具有很大優(yōu)勢(shì)，可以用來偵查重要軍事設(shè)施，監(jiān)視實(shí)時(shí)災(zāi)害和交通狀況，搜尋和搜救工作等。微型無人飛行器由于體積小，重量輕，有效載荷小，使得機(jī)載計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和傳感器性能受到限制。計(jì)算能力的限制要求微型無人飛行器中算法的計(jì)算量要小，傳感器的性能限制了偵查空間的有效范圍，因此，針對(duì)微型無人飛行器設(shè)計(jì)一種高效實(shí)時(shí)的路徑規(guī)劃算法對(duì)實(shí)際應(yīng)用有重要意義。

由于傳感器性能的限制，微型無人飛行器通常工作在低空區(qū)域，需要規(guī)避建筑物和樹木等障礙物，同時(shí)，由于微型無人飛行器重量輕，飛行路徑極易受到風(fēng)場(chǎng)的影響，這使得其路徑規(guī)劃更加具有挑戰(zhàn)性。但現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)低空的微型無人飛行器的路徑規(guī)劃，面臨著計(jì)算能力、傳感器性能有限，并且易受風(fēng)場(chǎng)影響等實(shí)際問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有低空微型無人飛行器在路徑規(guī)劃中面臨的計(jì)算能力、傳感器性能有限和易受風(fēng)場(chǎng)影響等實(shí)際問題，提供了一種風(fēng)場(chǎng)影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，利用小波變換進(jìn)行環(huán)境區(qū)域網(wǎng)格的多層次分解，從而設(shè)計(jì)了一種適合低空飛行的微型無人飛行器在線路徑規(guī)劃方法，提高了在線規(guī)劃的效率和魯棒性。

本發(fā)明提出的一種風(fēng)場(chǎng)影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)：

步驟1：獲取飛行器路徑規(guī)劃所需要的環(huán)境區(qū)域。

步驟2：選取哈爾(Haar)小波變換基函數(shù)，構(gòu)建二維空間的Haar小波基函數(shù)，并得到用二維空間的小波變換基函數(shù)對(duì)二元函數(shù)近似逼近的函數(shù)。

步驟3：考慮飛行器與障礙物之間的距離、風(fēng)場(chǎng)的強(qiáng)度、以及風(fēng)場(chǎng)的梯度三種因素的影響，構(gòu)建飛行環(huán)境代價(jià)函數(shù)。

步驟4：利用Haar小波網(wǎng)格分解法重構(gòu)多分辨率飛行環(huán)境代價(jià)函數(shù)。

步驟5：確定各網(wǎng)格單元的飛行環(huán)境代價(jià)函數(shù)值，將環(huán)境區(qū)域根據(jù)障礙物與非障礙物的表示值，以及飛行環(huán)境代價(jià)函數(shù)值生成環(huán)境加權(quán)圖，將多分辨率路徑規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為圖的搜索問題。

步驟6：基于A*或Dijkstra搜索方法尋找最優(yōu)路徑。

所述步驟1中獲取微型無人飛行器路徑規(guī)劃所需要的環(huán)境區(qū)域由如下步驟完成：

步驟1.1：將飛行器所處的三維環(huán)境空間區(qū)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(huán)境區(qū)域；

步驟1.2：將得到的二維歐氏空間根據(jù)地形高程和飛行器可飛行高度，劃分為障礙區(qū)和非障礙區(qū)，并確定飛行器的初始位置和目標(biāo)位置；對(duì)原始數(shù)字地形高程圖中第i點(diǎn)位置Xi表示如下：

其中，表示障礙物空間，表示非障礙物空間，z_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(huán)境區(qū)域歸一化為單位方形區(qū)域，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

所述步驟2中構(gòu)建二維空間的小波變換基函數(shù)以及用二維空間的小波變換基函數(shù)對(duì)二元函數(shù)近似逼近的方法具體是：

步驟2.1：選取一維空間的Haar基本小波，將Haar基本小波通過伸縮和平移操作得到一組形狀相似的小波，得到一維空間的Haar小波基函數(shù)：