[發(fā)明專利]一種面向無人機(jī)的航跡規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110372562.9
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN112947594B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 代福成;劉軍;牟瀚波;張勝楠;潘志軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/12
• 分類號(hào): G05D1/12
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

本發(fā)明提供一種面向無人機(jī)的航跡規(guī)劃方法，涉及無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明基于快速擴(kuò)展隨機(jī)樹模型進(jìn)行無人航跡規(guī)劃，首先，采用多目標(biāo)點(diǎn)同時(shí)搜索的方式加快搜索速度；然后利用目標(biāo)啟發(fā)策略降低搜索范圍加快算法的收斂速度；最后，采用冗余點(diǎn)刪除策略可以減少路由長(zhǎng)度，通過平滑處理方式提高其平滑度，從而使其更好的應(yīng)用于無人機(jī)航跡規(guī)劃，以保證在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)上的安全可以高效執(zhí)行。本發(fā)明搜索空間冗余量少，在搜索時(shí)間損耗上用時(shí)較短，適用于快速航跡規(guī)劃作戰(zhàn)環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向無人機(jī)的航跡規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

無人機(jī)(Unmanned?Aerial?Vehicle,UAV)是指機(jī)上不乘坐任何操控人員，能夠自主遠(yuǎn)程飛行、并且可以攜帶一定載荷的裝置。它不僅可以執(zhí)行軍事偵察、監(jiān)視、搜索等非攻擊性偵察任務(wù)，還可以執(zhí)行地面攻擊、轟炸等攻擊任務(wù)。同時(shí)無人機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，在軍事、農(nóng)業(yè)、物流等生活中都有著廣泛的應(yīng)用。

在軍事領(lǐng)域中，由于戰(zhàn)場(chǎng)任務(wù)復(fù)雜度的極大提高，無人機(jī)被安排到幾乎覆蓋了每個(gè)國(guó)家的每一個(gè)地區(qū)用于檢測(cè)威脅。同時(shí)由于無人機(jī)的低成本和靈活性，不用考慮機(jī)載人員的生理限制，因此可以更加靈活、自由的完成各項(xiàng)復(fù)雜飛行動(dòng)作，并可探索人類無法靠近的危險(xiǎn)區(qū)域，能夠替代人們執(zhí)行各種重復(fù)性高、工作環(huán)境惡劣、工作性質(zhì)危險(xiǎn)的任務(wù)，隨著無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜性大大提高，越來越多的無人機(jī)將用于未來戰(zhàn)場(chǎng)，而合理的航跡規(guī)劃是無人機(jī)順利完成任務(wù)的重要保障。

在民用領(lǐng)域無人機(jī)的作用也日益重要，逐漸成為幫助人類發(fā)現(xiàn)未知，探索自然，維護(hù)社會(huì)公共安全，參加重大抗震救災(zāi)等任務(wù)不可或缺的力量，尤其在航拍攝像，城市監(jiān)控，天氣預(yù)報(bào)，自然檢測(cè)，基礎(chǔ)設(shè)施檢查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、區(qū)域繪圖和地面機(jī)器人支持等領(lǐng)域有長(zhǎng)足發(fā)展。但是無人機(jī)在執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)時(shí)，如自動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，或自主探索等任務(wù)還面臨著許多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)在室內(nèi)環(huán)境中難度更大，因?yàn)樵谑覂?nèi)全球定位系統(tǒng)(Global?PositioningSystem，GPS)數(shù)據(jù)不能用，為了高效地執(zhí)行具有高水平自治性的此類高級(jí)任務(wù)，需要一種健壯且靈活的體系結(jié)構(gòu)。因此需要分配具有避障的軌跡，軌跡控制用于使無人機(jī)沿著由航跡規(guī)劃給出的期望軌跡移動(dòng)。

無人機(jī)航跡規(guī)劃指的是從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)一段飛行區(qū)域內(nèi)在滿足約束條件的情況下選擇一條最佳到達(dá)路徑，該路徑應(yīng)當(dāng)滿足無人機(jī)自身約束條件以及環(huán)境約束條件并獲得最大收益，從而以最小的代價(jià)到達(dá)目的地完成任務(wù)的執(zhí)行。無人機(jī)航跡規(guī)劃是無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)完成任務(wù)的關(guān)鍵，一個(gè)理想的航跡規(guī)劃應(yīng)該具備要求：首先能夠自由控制所規(guī)劃的航跡的精度，只要調(diào)節(jié)航跡點(diǎn)的數(shù)目即可；然后將原來的復(fù)雜問題簡(jiǎn)化，只需要確定一個(gè)航跡點(diǎn)或兩個(gè)航跡點(diǎn)之間的航跡段是否滿足條件即可；最后要便于實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算。

綜上，無論是軍事領(lǐng)域的搜索救援還是民用領(lǐng)域的自動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別，使用多個(gè)UAVS進(jìn)行協(xié)調(diào)都可以更快和更有效地執(zhí)行任務(wù)。但是，當(dāng)多個(gè)UAVs同時(shí)完成任務(wù)時(shí)，合理的航跡規(guī)劃方法就成為了保證任務(wù)成功執(zhí)行的至關(guān)重要的因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種面向無人機(jī)的航跡規(guī)劃方法，基于快速擴(kuò)展隨機(jī)樹模型進(jìn)行無人航跡規(guī)劃，更適用于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，以保證高效、順利地完成任務(wù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種面向無人機(jī)的航跡規(guī)劃方法，具體步驟如下：

步驟1、搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；

搭建實(shí)際場(chǎng)景下的環(huán)境模型，確定要搜索的區(qū)域、可拓展的區(qū)域和無法拓展的區(qū)域，根據(jù)實(shí)際的任務(wù)需要，確定無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)；

步驟2、在確定下一跳節(jié)點(diǎn)時(shí)，利用目標(biāo)啟發(fā)式思想生成多個(gè)候選點(diǎn)，以閾值概率q將目標(biāo)點(diǎn)設(shè)置為候選點(diǎn)，以概率1-q在空間中生成多個(gè)候選點(diǎn)，并尋找最優(yōu)路由點(diǎn)；具體如下：

步驟2-1、設(shè)定概率閾值q；