[發明專利]一種基于分割法的無人機路徑規劃方法

無效

• 申請號: 201310501137.0
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103542852A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 單提曉;詹文聰;蔣蓁
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

???????本發明涉及無人機路徑規劃領域，具體涉及一種基于分割法的無人機路徑規劃方法。

背景技術

???????無人機的路徑規劃是無人機研究的一個重要領域，其目的是根據任務目標在有障礙環境中規劃出一條滿足約束條件的最優無碰撞飛行軌跡。Voronoi圖，又叫泰森多邊形或Dirichlet圖，是獲取無人機安全飛行路徑的一種常用方法，并且在計算機中容易實現，但是通過Voronoi圖得到的路徑往往比較曲折，并不是最優路徑，很多情況下還存在多條可選路徑。

發明內容

???????為了解決上述現存的技術問題，本發明的目的在于提出一種基于分割法的無人機路徑規劃方法，可以快速生成無人機所需的安全飛行路徑。

為了實現上述目的，本發明采用下述方法：

???????一種基于分割法的無人機路徑規劃方法，包括以下步驟：A.?輸入無人機飛行起點、終點和雷達坐標。B.?運用Voronoi圖法獲取初始安全飛行路徑。C.?采用Dijkstra算法進行路徑搜索獲取最短路徑。D.?采用分割法對最短路徑進行優化減少其拐點。E.?利用Spcrv函數對路徑進行平滑獲取最優路徑。

在本發明中，步驟A中輸入的無人機飛行起點、終點和雷達坐標參數為飛機與雷達坐標在水平面內的二維坐標。

在本發明中，步驟B根據步驟A中輸入的雷達坐標，Voronoi函數生成相鄰各兩雷達的垂直平分線、相關垂直平分線相交的節點和記錄節點坐標的矩陣V，其中這些節點與它的臨近雷達相關聯；

在本發明中，步驟C包括：C1.?將步驟B中得到的矩陣V轉變為Dijkstra算法可用的距離矩陣Dijkstra_V；C2.?通過Dijkstra算法對距離矩陣Dijkstra_V進行搜索，得到一條連接飛行起點和終點的可連通最短路徑，并將此路徑的路徑節點坐標記錄為矩陣path。

在本發明中，步驟D包括：D1.?采用分割法對矩陣path中各相鄰兩節點構成的路徑線段進行等長分割，將分割點的坐標與矩陣path合并得到包含各節點以及將節點間線段分割的分割點坐標組成的新矩陣path_split；D2.?從矩陣path_split第一點開始，即無人機的飛行起點，依次連接之后的分割點或節點成一條線段，直到線段與雷達掃描范圍之間的距離縮小的最小安全距離，此時記錄線段終點坐標為第二點；D3.?以所記錄的點為新的起點依次與之后的點連接成一條線段，直到線段與雷達掃描范圍之間的距離縮小至最小安全距離，此時記錄線段終點坐標；D4.?重復D3步驟直至線段終點為飛行終點，得到記錄各線段終點的矩陣Split_matrix。

在本發明中，步驟E中利用Spcrv函數結合Split_matrix矩陣中的節點坐標，生成均勻劃分的B樣條函數，得到平滑的最終飛行路徑。

本發明具有如下所述的實質性特點和優點：

本發明在Matlab軟件平臺下，采用Voronoi圖法得到初始飛行路徑，并利用Dijkstra算法得到最短路徑，然后利用分割法對路徑進行優化進一步減少路徑中的拐點并縮短路徑路程，最后利用Spcrv函數對路徑進行平滑得到能夠滿足無人機安全飛行的最優路徑。本發明方法具有算法執行效率高、穩定性高、安全性高的優點。

附圖說明

圖1是本發明路徑規劃方法的流程圖。

圖2是本發明根據輸入參數所得無人氣起點、終點和雷達分布圖。

圖3是本發明根據Voronoi圖法所得路徑圖。

圖4是本發明根據Dijkstra算法所得路徑圖。

圖5是本發明根據分割法所得路徑圖。

圖6是本發明根據Spcrv函數所得最優路徑。

圖7是本發明所得最終路徑。

具體實施方式

???????為了便于本領域技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述。

參見圖1，為了實現無人機路徑規劃的目的，本發明采用下述方法：

一種基于分割法的無人機路徑規劃方法，包括：A.?輸入無人機飛行起點、終點和雷達坐標。B.?運用Voronoi圖法獲取初始安全飛行路徑。C.?采用Dijkstra算法進行路徑搜索獲取最短路徑。D.?采用分割法對最短路徑進行優化減少其拐點。E.?利用Spcrv函數對路徑進行平滑獲取最優路徑。

在本發明中，步驟A中輸入的無人機飛行起點、終點和雷達坐標參數為飛機與雷達坐標在水平面內的二維坐標。