[發(fā)明專利]無(wú)人機(jī)的航行軌跡規(guī)劃方法、裝置及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811447785.1
• 申請(qǐng)日: 2018-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109739255B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡開(kāi)泉;師可;劉釗瑄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 鈄颯颯;劉芳

1.一種無(wú)人機(jī)的航行軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括：

根據(jù)航行任務(wù)，確定無(wú)人機(jī)的預(yù)估航跡和預(yù)計(jì)飛行時(shí)間；

根據(jù)無(wú)人機(jī)獲取的外部環(huán)境信息，生成所述無(wú)人機(jī)的動(dòng)態(tài)安全飛行保護(hù)區(qū)，其中，所述根據(jù)無(wú)人機(jī)獲取的外部環(huán)境信息，生成所述無(wú)人機(jī)的動(dòng)態(tài)安全飛行保護(hù)區(qū)，包括：

獲取在所述無(wú)人機(jī)預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的飛行障礙物的飛行速度和方位；

根據(jù)所述無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)航速、指令發(fā)布時(shí)間及信息傳輸延遲時(shí)間，生成所述無(wú)人機(jī)的動(dòng)態(tài)安全飛行保護(hù)區(qū)，其中無(wú)人機(jī)的動(dòng)態(tài)安全飛行保護(hù)區(qū)半徑R₁＝r₁+v₁(T₀+t₀)，其中r₁為無(wú)人機(jī)的常規(guī)靜態(tài)安全半徑，v₁為無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)航速，T₀為管制員平均指令發(fā)布時(shí)間，t₀為信息平均傳輸延時(shí)；

根據(jù)所述動(dòng)態(tài)安全飛行保護(hù)區(qū)進(jìn)行飛行沖突檢測(cè)，包括：

判斷在預(yù)設(shè)的未來(lái)飛行時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，所述無(wú)人機(jī)的動(dòng)態(tài)安全飛行保護(hù)區(qū)是否與所述飛行障礙物的保護(hù)區(qū)存在交疊，具體采用如下公式：式中(x₁(t+1)，y₁(t+1))，(x₂(t+1)，y₂(t+1))為下一時(shí)隙無(wú)人機(jī)與飛行障礙物的位置坐標(biāo)，R2為飛行障礙物的保護(hù)區(qū)半徑；若存在交疊，則確定存在飛行沖突；

若存在飛行沖突，則根據(jù)所述飛行沖突的類型選擇對(duì)應(yīng)的避撞策略；并根據(jù)所述避撞策略，解除所述飛行沖突，其中飛行沖突的類型包括單機(jī)沖突和多機(jī)沖突，多機(jī)沖突根據(jù)多個(gè)沖突點(diǎn)的遠(yuǎn)近程度進(jìn)行沖突等級(jí)劃分，從而轉(zhuǎn)化為不同解脫順序的單機(jī)沖突，所述單機(jī)沖突對(duì)應(yīng)的避撞策略包括基于正三角形網(wǎng)絡(luò)離散化處理的調(diào)向策略，以及調(diào)速策略；

其中，基于無(wú)人機(jī)與有人機(jī)的當(dāng)前位置和預(yù)計(jì)沖突區(qū)，對(duì)飛行空間進(jìn)行正三角形網(wǎng)絡(luò)離散化處理，令三角形邊長(zhǎng)為無(wú)人機(jī)的動(dòng)態(tài)安全飛行保護(hù)區(qū)半徑R₁，并設(shè)置沖突區(qū)周邊三角形步徑邊長(zhǎng)懲罰因子x_i，以沖突點(diǎn)O為中心、R₁為邊長(zhǎng)的正六邊形區(qū)域內(nèi)按照兩兩夾角為60°生成6條第一標(biāo)注邊，且設(shè)置所述第一標(biāo)注邊的懲罰因子為-∞，基于無(wú)人機(jī)的原計(jì)劃航跡的其余邊的懲罰因子設(shè)為0；

在兩機(jī)預(yù)計(jì)沖突區(qū)范圍之外設(shè)置決策點(diǎn)，在決策點(diǎn)，將與原計(jì)劃航跡相連、夾角為±120°的第二標(biāo)注邊設(shè)置懲罰因子為-1；在沖突點(diǎn)O處，將與原計(jì)劃航跡相連、夾角為±60°的第三標(biāo)注邊設(shè)置懲罰因子為1；其余標(biāo)注邊根據(jù)與原計(jì)劃航跡距離的遠(yuǎn)近程度，以0.5個(gè)單位的懲罰因子遞增方式設(shè)置相應(yīng)的懲罰因子，將重新生成的一條懲罰因子之和最小的飛行航跡作為新航跡，其中，航跡選擇的目標(biāo)函數(shù)為：

式中：x_i為懲罰因子且x_i≥0，n為時(shí)隙內(nèi)調(diào)向的步徑總數(shù)；

根據(jù)解除飛行沖突所耗費(fèi)的時(shí)間和所述預(yù)計(jì)飛行時(shí)間，重新規(guī)劃無(wú)人機(jī)的航跡。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)航行任務(wù)，確定無(wú)人機(jī)的預(yù)估航跡和預(yù)計(jì)飛行時(shí)間，包括：

根據(jù)所述航行任務(wù)的起點(diǎn)、終點(diǎn)，確定無(wú)人機(jī)的預(yù)估航跡和預(yù)計(jì)飛行時(shí)間；

按照預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔，將所述預(yù)計(jì)飛行時(shí)間劃分為N個(gè)飛行時(shí)隙；N為大于1的自然數(shù)；

確定每個(gè)飛行時(shí)隙的計(jì)劃飛行航程和計(jì)劃飛行時(shí)間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)解除飛行沖突所耗費(fèi)的時(shí)間和所述預(yù)計(jì)飛行時(shí)間，重新規(guī)劃無(wú)人機(jī)的航跡，包括：

根據(jù)解除飛行沖突所耗費(fèi)的時(shí)間和所述預(yù)計(jì)飛行時(shí)間，確定剩余飛行時(shí)隙的補(bǔ)償時(shí)間；

根據(jù)剩余飛行時(shí)隙的補(bǔ)償時(shí)間，確定剩余飛行時(shí)隙內(nèi)的計(jì)劃飛行航程和計(jì)劃飛行時(shí)間；

根據(jù)剩余飛行時(shí)隙內(nèi)的計(jì)劃飛行航程和計(jì)劃飛行時(shí)間，重新規(guī)劃無(wú)人機(jī)的航跡。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在根據(jù)無(wú)人機(jī)獲取的外部環(huán)境信息，生成所述無(wú)人機(jī)的動(dòng)態(tài)安全飛行保護(hù)區(qū)之后，所述方法還包括：

若不存在飛行沖突，則所述無(wú)人機(jī)按照預(yù)估航跡和預(yù)計(jì)飛行時(shí)間執(zhí)行航行任務(wù)。