[發(fā)明專利]一種基于勢場法的航跡規(guī)劃方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410427448.1
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104155998A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛樹志;王剛;王維;周紅坤;錢杰;周超;姜龍龍
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 成都華典專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)航跡規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于勢場法的航跡規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

飛行器的航跡規(guī)劃是指在約束條件下，根據(jù)飛行器的飛行的具體任務(wù)、威脅量、天氣狀況、所在的空中位置及所處的地形數(shù)據(jù)等各種因素來規(guī)劃出適合的最佳路徑，當(dāng)然，這其中需要滿足兩方面的指標(biāo)：一是在規(guī)劃過程中要求各種威脅量盡可能的小，二是要求路徑盡可能的短。

根據(jù)任務(wù)性能指標(biāo)的不同，飛行器航跡規(guī)劃算法也有不同的要求。在飛行器航跡規(guī)劃的過程中，需要考慮飛行器在飛行過程中受到的各個(gè)因素的影響，在各個(gè)因素的相互耦合的情況下，使規(guī)劃的航跡滿足環(huán)境中的各個(gè)約束條件，從而使飛行器以符合自身動(dòng)力性能的飛行狀態(tài)完成任務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)化輸入輸出，使能在3D視圖中顯示飛行器的飛行軌跡。

目前現(xiàn)有的飛行器進(jìn)行航跡規(guī)劃主要采用的是人工計(jì)算和手動(dòng)編輯輸入航點(diǎn)的方式，過程繁瑣，修改費(fèi)時(shí)，實(shí)用便捷性較低。

申請?zhí)枮镃N201310478422.5的發(fā)明提供一種基于環(huán)境網(wǎng)絡(luò)劃分的航跡規(guī)劃方法，將飛行區(qū)域劃分為三維網(wǎng)絡(luò)，將地形障礙及各種威脅建模為網(wǎng)絡(luò)中的故障節(jié)點(diǎn)，降低了航跡規(guī)劃算法的復(fù)雜度，但是，網(wǎng)絡(luò)劃分過程非常繁瑣，尺度大小的選擇也是需要具體考慮的一個(gè)問題。

申請?zhí)枮镃N201110458232.8的發(fā)明涉及一種針對無人機(jī)的快速航跡規(guī)劃方法，采用地圖繪制控件將地圖功能添加到航跡規(guī)劃應(yīng)用中，通過鼠標(biāo)點(diǎn)選方式確定航跡點(diǎn)及鼠標(biāo)拖拽的方式修改航跡點(diǎn)，有效的解決了航跡點(diǎn)的選取問題，但是當(dāng)飛行器處于復(fù)雜環(huán)境下，鼠標(biāo)選點(diǎn)的方式在精度上及效率上不占優(yōu)勢，也沒有能夠解決實(shí)時(shí)調(diào)整航跡的問題。

申請?zhí)枮镃N103676944A的發(fā)明提出了一種Dubins路徑和稀疏A*搜索的無人機(jī)航跡規(guī)劃方法，該方法是一種啟發(fā)式搜索路徑算法，可以依據(jù)環(huán)境和任務(wù)驚醒調(diào)整，但是存在網(wǎng)絡(luò)隔點(diǎn)劃分尺度不易確定的問題，同時(shí)不適合動(dòng)態(tài)環(huán)境，且規(guī)劃結(jié)果是分段直線而非光滑曲線等問題。

因此，現(xiàn)有技術(shù)的飛行器航跡規(guī)劃存在無法實(shí)時(shí)對航跡進(jìn)行調(diào)整的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實(shí)施例通過提供一種基于勢場法的航跡規(guī)劃方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中飛行器航跡規(guī)劃無法實(shí)時(shí)對航跡進(jìn)行調(diào)整的技術(shù)問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了能夠?qū)桔E進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃的技術(shù)效果。

本申請實(shí)施例提供了一種基于勢場法的航跡規(guī)劃方法，所述方法包括：

S101.根據(jù)由飛行起點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)過程中的確定的地理環(huán)境，抽象獲得確定的地理環(huán)境中障礙物的特征信息，并保存特征信息；

S102.基于特征信息，采用勢場法，獲得飛行器與終點(diǎn)的合力；

S103.基于合力，控制更新當(dāng)前的位置。

進(jìn)一步地，所述S101中的特征信息為形態(tài)信息。

進(jìn)一步地，在S101前還有：判斷飛行器是否在障礙物的作用域內(nèi)；若在障礙物的作用域內(nèi)，執(zhí)行S101。

進(jìn)一步地，在S101之前，所述方法還包括：

根據(jù)起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置，獲取飛行起點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)的吸引力。

進(jìn)一步地，所述S102具體包括：

基于特征信息，判斷障礙物是否為線性障礙物；

在判斷獲得為線性障礙物時(shí)，根據(jù)吸引力的向量和線性障礙物向量，獲得在線性障礙物作用下飛行器沿墻走分量；

根據(jù)吸引力和沿墻走分量，獲得合力。

進(jìn)一步地，所述S102具體包括：

基于特征信息，判斷障礙物是否為圓障礙物；

在判斷獲得為圓障礙物時(shí)，根據(jù)吸引力向量和飛行器與圓障礙物之間的距離向量，獲得在圓障礙物作用下飛行器受到的附加控制力；

根據(jù)吸引力和附加控制力，獲得合力。

進(jìn)一步地，所述S102具體包括，基于特征信息，采用勢場法，在判斷獲得飛行器無法達(dá)到沿墻走和附加控制力的條件時(shí)，獲得當(dāng)前飛行器與障礙物之間的排斥力；

根據(jù)吸引力和排斥力，獲得合力。

進(jìn)一步地，所述S103具體包括：

基于合力，獲得當(dāng)前的加速度；

根據(jù)當(dāng)前的加速度、采樣時(shí)間，以及當(dāng)前的位置，獲得下一個(gè)采樣時(shí)間的位置；

根據(jù)下一個(gè)采樣時(shí)間的位置，控制更新當(dāng)前的位置。

進(jìn)一步地，所述S103之后，所述方法還包括：

根據(jù)當(dāng)前的位置以及下一個(gè)采樣時(shí)間的位置，判斷飛行器是否到達(dá)終點(diǎn)；

若當(dāng)前位置距離下一個(gè)采樣的位置之間的距離滿足預(yù)設(shè)距離范圍，確定飛行器到達(dá)終點(diǎn)；或