[發明專利]無人機單側成像約束條件下的路線規劃方法

有效

• 申請號: 201711026318.7
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107543549B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 高文凱;鄭岳久;來鑫;周龍;孔祥棟
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G05D1/10
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

1.一種無人機單側成像約束條件下的路線規劃方法，基于已知被偵察目標群中所有被偵察目標的位置坐標，求得無人機在單側成像約束條件下飛往實際偵察位置的最優偵察路線，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：基于所述已知被偵察目標群中所述所有被偵察目標的位置坐標，采用初步規劃算法計算得到所述無人機在沒有單側成像約束條件時飛往預定被偵察目標A1的正上方的初步規劃路線；

步驟S2：根據所述預定被偵察目標A1的位置坐標以及所述初步規劃路線，采用點坐標變換計算方法獲得所述無人機在單側成像約束條件下到達理論偵察位置T_r的坐標；

步驟S3：將步驟S2獲得的所述無人機到達理論偵察位置T_r的坐標，參照所述步驟S1的所述初步規劃路線，得到所述無人機在單側成像約束條件下飛往所述理論偵察位置T_r的理論偵察規劃路線；

步驟S4：根據步驟S3獲得的所述理論偵察規劃路線，計算出所述理論偵察規劃路線對應的飛行里程；

步驟S5：多次循環步驟S1～S4，得到多種所述理論偵察規劃路線，以及多個所述對應的飛行里程；

步驟S6：以多種所述理論偵察規劃路線中的飛行里程最短的所述理論偵察規劃路線為目標函數，采用預定求解算法獲取該飛行里程最短的所述理論偵察規劃路線，該理論偵察規劃路線即為所述無人機在單側成像約束條件下飛往所述實際偵察位置的最優偵察路線，

其中，所述單側成像約束條件包括：所述無人機只能在一側成像；

所述無人機的成像范圍為2km～8km，

當所述無人機在左側成像時，步驟S2中的所述點坐標變換計算方法包括以下步驟：

步驟S2-1：獲取預定被偵察目標A1的位置坐標(x₁,y₁)以及分別獲取預定被偵察目標A1的前后兩個被偵察目標A0和A2的位置坐標(x₀,y₀)和(x₂,y₂)，然后進入步驟S2-2；

步驟S2-2：根據所述無人機的單側成像約束條件中的成像范圍約束條件，選定成像距離為d，通過三角形相似定理，計算得到所述無人機從被偵察目標A0飛往預定被偵察目標A1的路線L01中與預定被偵察目標A1的距離為d的參考點T_a的坐標(X_a,Y_a)，以及所述無人機從預定被偵察目標A1飛往被偵察目標A2的路線L12的中與預定被偵察目標A1的距離為d的參考點T_b的坐標(X_b,Y_b)；

步驟S2-3：采用兩點之間的斜率公式計算所述無人機從被偵察目標A0到飛往預定被偵察目標A1的路線L01在平面坐標系內的斜率k₁＝(y₁-y₀)/(x₁-x₀)，以及所述無人機從預定被偵察目標A1飛往被偵察目標A2的路線L12在平面坐標系內的斜率k₂＝(y₂-y₁)/(x₂-x₁)，然后進入步驟S2-4；

步驟S2-4：判斷斜率k₁是否為無窮數，當判斷結果為是時，進入步驟S2-5；當判斷結果為否時，則進入步驟S2-6；

步驟S2-5：計算路線L01與路線L12在平面坐標系內形成的夾角θ＝π/2-arctan(k₂)，然后進入步驟S2-9；

步驟S2-6：判斷斜率k₂是否為無窮數，當判斷結果為是時，進入步驟S2-7；當判斷結果為否時，則進入步驟S2-8；

步驟S2-7：計算路線L01與路線L12在平面坐標系內形成的夾角θ＝π/2-arctan(k₁)，然后進入步驟S2-9；

步驟S2-8：計算路線L01與路線L12在平面坐標系內形成的夾角θ＝arctan(|(k₂-k₁)/(1+k₁·k₂)|)，然后進入步驟S2-9；

步驟S2-9：計算參考點T_a繞預定被偵察目標A1旋轉θ后的參考點T_f的坐標(X_f,Y_f)：

X_f＝(X_a-x₁)·cos(θ)-(Y_a-y₁)·sin(θ)+x₁，

Y_f＝(X_a-x₁)·sin(θ)+(Y_a-y₁)·cos(θ)+y₁，

然后進入步驟S2-10；

步驟S2-10：判斷參考點T_f的坐標(X_f,Y_f)與參考點T_b的坐標(X_b,Y_b)是否重合，當判斷結果為是時，進入步驟S2-11；當判斷結果為否時，則進入步驟S2-12；

步驟S2-11：取中間變量θ_r＝θ，然后進入步驟S2-21；

步驟S2-12：取中間變量θ_r＝π-θ，然后進入步驟S2-13；

步驟S2-13：計算參考點T_a繞預定被偵察目標A1旋轉θ_r＝π-θ后的參考點T_g的坐標(X_g,Y_g)：

X_g＝(X_a-x₁)·cos(θ_r)-(Y_a-y₁)·sin(θ_r)+x₁，

Y_g＝(X_a-x₁)·sin(θ_r)+(Y_a-y₁)·cos(θ_r)+y₁，

然后進入步驟S2-14；

步驟S2-14：判斷參考點T_g的坐標(X_g,Y_g)與參考點T_b的坐標(X_b,Y_b)是否重合，當判斷結果為是時，進入步驟S2-21；當判斷結果為否時，則進入步驟S2-15；

步驟S2-15：取中間變量θ_r＝π+θ，然后進入步驟S2-16；

步驟S2-16：計算參考點T_a繞預定被偵察目標A1旋轉θ_r＝π+θ后的參考點T_h的坐標(X_h,Y_h)：

X_h＝(X_a-x₁)·cos(θ_r)-(Y_a-y₁)·sin(θ_r)+x₁，

Y_h＝(X_a-x₁)·sin(θ_r)+(Y_a-y₁)·cos(θ_r)+y₁，

然后進入步驟S2-17；

步驟S2-17：判斷參考點T_h的坐標(X_h,Y_h)與參考點T_b的坐標(X_b,Y_b)是否重合，當判斷結果為是時，進入步驟S2-21；當判斷結果為否時，則進入步驟S2-18；

步驟S2-18：取中間變量θ_r＝2π-θ，然后進入步驟S19；

步驟S2-19：計算參考點T_a繞預定被偵察目標A1旋轉θ_r＝2π-θ后的參考點T_i的坐標(X_i，Y_i)：

X_i＝(X_a-x₁)·cos(θ_r)-(Y_a-y₁)·sin(θ_r)+x₁，

Y_i＝(X_a-x₁)·sin(θ_r)+(Y_a-y₁)·cos(θ_r)+y₁，

然后進入步驟S2-20；

步驟S2-20：判斷參考點T_i的坐標(X_i，Y_i)與參考點T_b的坐標(X_b,Y_b)是否重合，當判斷結果為是時，進入步驟S2-21；當判斷結果為否時，則進入步驟S2-23；

步驟S2-21：所述無人機在滿足偵察到被偵察目標A1時，所述無人機到達所述理論偵察位置所需的轉角：

Φ＝θ_r/2，

然后進入步驟S2-22；

步驟S2-22：計算得到所述無人機到達所述理論偵察位置T_r的坐標(X_r，Y_r)：

X_r＝(X_a-x₁)·cos(Φ)-(Y_a-y₁)·sin(Φ)+x₁，

Y_r＝(X_a-x₁)·sin(Φ)+(Y_a-y₁)·cos(Φ)+y₁，

接著進入結束狀態；

步驟S2-23：輸出“數據出錯”，接著進入結束狀態。