[發明專利]一種基于多傳感器無人機的實時航跡規劃的方法

有效

• 申請號: 202110024474.X
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112799420B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 徐鶴;孟秋云;王汝傳;李鵬;朱楓;沙超;程海濤
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

1.一種基于多傳感器無人機的實時航跡規劃的方法，其步驟包括：

S1、建立無人機航跡規劃的數學模型，輸入起點，規劃全局軌跡；

S2、判斷無人機是否到達終點，若到達終點，則結束飛行任務；若未到達終點，則進行S3；

S3、無人機收集實時信息，檢測前方航跡上是否有障礙物，如否，則進行S2，如有，則更新信息；

S4、改進RRT算法采樣新節點，生成局部航跡，避讓障礙物；

采用改進RRT算法采樣節點，方法為：

S4-1、搜索節點，初始化樹及相應環境信息，導入周圍環境的信息，整體規劃，判斷是否到達終點，能到達則結束飛行任務，否則進行S4-2；

S4-2、產生隨機采樣點q-rand，對隨機采樣點進行了多重隨機采樣策略，采用評價函數對隨機樹擴展方向點進行最優選擇；

S4-3、添加隨機采樣點q-rand周圍環境的信息，在q-rand的free的環境中以概率θ選取最近節點q-near，其中0θ1；

S4-4、在隨機采樣點q-rand和最近節點q-near連線中選取步長step，根據步長擴展新節點q-new，若新節點q-new滿足約束條件，則將新的節點加入到隨機樹中，進行S4-5，若不滿足約束調節，則進行S4-2；

S4-5將滿足約束條件的新節點q-new加入樹中，進行判斷是否到達終點，如果到達則結束飛行任務，否則進行S4-2；

采用評價函數對最終采樣節點進行選擇的方法是：

從規劃空間中產生一組隨機采樣點q-randi，，引入了距離和方向兩個要素，即：

其中 d 表示采樣點到起始點q-init和目標點q-goal連線的垂直距離，a表示起始點q-init到目標點q-goal與采樣點到目標點q-goal的夾角，ω1、ω2分別是距離和角度的權重系數，f(i)表示評價函數；由于距離和方向的量綱不統一，對該評價函數中的 a和d進行歸一化處理，即計算i個采樣點的距離和角度值，然后求出其平均值，

即：

求出均值后，再對每一個采樣點對應的距離和角度進行歸一化處理，因此評價函數變為:

其中：

其中，為采樣點距離，為采樣點角度，采樣點評價函數；根據采樣點距離和角度的貢獻，選擇評價函數值最小的點作為最終采樣節點。

2.根據權利要求1所述的一種基于多傳感器無人機的實時航跡規劃的方法，其特征在于，所述約束條件為最大拐彎角約束、最小直飛距離約束和最低飛行高度約束。

3.根據權利要求2所述的一種基于多傳感器無人機的實時航跡規劃的方法，其特征在于，最大拐彎角約束是，如果第i個航跡點q-near，水平拐角為，記最大拐彎角為，則；假設，在三維航跡中有3個連續的航跡點,則和形成向量的水平投影分別為和，此時，可以表示為：

。

4.根據權利要求2所述的一種基于多傳感器無人機的實時航跡規劃的方法，其特征在于，最小直飛距離約束是，無人機的航跡段，由多個兩個航跡點段組成，假設無人機有N個航跡段，假設無人機最小的航跡段直飛距離為，設 q-near ，q-new兩點之間的直飛距離為，則。

5.根據權利要求2所述的一種基于多傳感器無人機的實時航跡規劃的方法，其特征在于，最低飛行高度約束是，假設在生成備用航跡點q-new時的高度是，那么需要滿足的條件是：。