[發(fā)明專利]一種基于擾動流體動態(tài)系統(tǒng)的無人機(jī)三維航路規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310722762.8
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103713642A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏倫;呂文濤;劉暢;姚鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文穎

1.一種基于擾動流體動態(tài)系統(tǒng)的無人機(jī)三維航路規(guī)劃方法，具體包括以下幾個步驟：

（1）將無人機(jī)飛行區(qū)域中的地形障礙、敵方雷達(dá)以及地面火力威脅用圓柱、圓錐、圓球和平行六面體進(jìn)行等效，得到幾何體障礙物的位置和曲面方程；

地形障礙中：山峰設(shè)為圓錐，山脈設(shè)為平行六面體；地面火力威脅中：高炮火力威脅設(shè)為從發(fā)射點(diǎn)到射程高度的圓柱體，防空導(dǎo)彈系統(tǒng)的攻擊區(qū)域設(shè)為由近邊界到遠(yuǎn)邊界的球體；敵方雷達(dá)設(shè)為以雷達(dá)所處位置為球心，掃瞄半徑為半徑的半球體；

設(shè)定曲面方程為：

Γ(x,y,z)=(x-x0a)2p+(y-y0b)2q+(z-z0c)2r=1---(10)]]>

其中：x₀，y₀，z₀表示障礙物的中心點(diǎn)位置，常數(shù)a，b，c用于控制障礙物大小，當(dāng)指數(shù)p＝q＝r＝1時，障礙物為圓球形；當(dāng)p＝q＝1，r＞1時，障礙物近似為圓柱形；當(dāng)p＝q＝1，r＜1時，障礙物近似為圓錐形；當(dāng)p＞1，q＞1，r＞1時，障礙物近似為平行六面體形；

（2）在目標(biāo)點(diǎn)處設(shè)置點(diǎn)匯，假設(shè)目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)為原點(diǎn)，則匯的流場流速為：

u(x,y,z)=[Cxx2+y2+z2Cyx2+y2+z2Czx2+y2+z2]T]]>

其中：常數(shù)C表示匯的強(qiáng)度；

（3）在已知障礙物形狀和表面方程的條件下，構(gòu)造障礙物擾動后的流場流速得到避障流場；

K個障礙物擾動所產(chǎn)生的流場流速為：

u‾M(x,y,z)=Σi=1Kωku‾kS(x,y,z)---(11)]]>

ωk=Πi=1,i≠kK(Γi-1)(Γk-1)+(Γi-1)---(12)]]>

其中：表示第k個障礙物單獨(dú)存在時的流場流速，具體為：

u‾kS(x,y,z)=Mk(x,y,z)u(x,y,z)---(6)]]>

Mk(x,y,z)=2(I-1nTnnnT)---(7)]]>

其中：I表示單位矩陣，

（4）從起始點(diǎn)處對流場流速進(jìn)行積分，得到從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的避障流線；

（5）將計(jì)算得到的流線作為無人機(jī)的飛行航路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于擾動流體動態(tài)系統(tǒng)的無人機(jī)三維航路規(guī)劃方法，步驟（4）中，積分采用歐拉法數(shù)值積分方法：設(shè)流線中一點(diǎn)的位置為(x,y,z)，積分步長為dt，則下一點(diǎn)的位置(x′,y′,z′)為：x′＝x+u_xdt，y′＝y(tǒng)+u_ydt，z′＝z+u_zdt，式中u_x、u_x和u_x分別表示在xyz三軸方向上的分量。