[发明专利]无人机三维场景路径导航平台及其三维改进路径规划方法

说明书

本发明公开了一种无人机三维场景路径导航平台及其三维改进路径规划方法，该平台基于Unity3d加载DEM地图数据，进行三维场景的显示；通过VS2010C++编程，实现了基于DEM的三维改进路径规划算法，获取无人机可飞行安全路径，并通过Matlab2012a绘制规划得到的路径检测规划效果；导入无人机模型，结合miniAHRS姿态传感器，获取当前无人机导航信息；融合路径规划算法到三维场景中，对无人机飞行状态和避障过程进行实时三维显示。所述三维改进路径规划方法，通过基于DEM的改进A*算法获取初始路径；结合Bresenham直线生成算法对所得到的初步规划路径进行直线化；再对直线化后的路径进行Bézier曲线平滑优化。本发明路径规划耗时短，能够实时显示飞行状态，动态三维显示路径规划和避障过程。

技术领域

本发明涉及导航技术领域，特别是一种无人机三维场景路径导航平台及其三维改进路径规划方法。

背景技术

数字高程图(Digital Elevation Map),简称DEM。它是将地面高程用一组有序数值阵列形式表示的一种实体地面模型，是一定范围内规则网格点的平面坐标及其高程或经纬度及其海拔的数据集。随着卫星技术，传感器技术等一系列高新技术的快速发展，DEM数字高程数据的分辨率越来越高，这就为DEM数据的应用奠定了良好的基础。DEM在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。

无人机是通过无线电遥控操纵或由自身程序操纵控制的一种无人驾驶飞机。由于无人驾驶，所以无人机机型的尺寸可以做到很小、重量较轻、做高机动动作、雷达反射面积小、可以适应各种环境和地形等特点。目前无人机在作战，救生，森林火险监测，救灾和天气预报方面的广泛应用。并且随着无人机自性的提高,它在未来实际应用中的角色将越来越重要。

路径规划作为无人机导航至关重要的一部分，是无人机完成预定任务不可缺少的前提条件。所谓路径规划就是为无人机设计出一条安全可飞行的航线。随着路径规划的发展，目前无人机的路径规划开始考虑无人机机自身的物理约束。根据已知的地图数据和测量信息在无人机自身物理约束、安全约束以及其它一些不确定因素的条件下，得到一条起始位置点到终止位置点的最优可飞行安全路径。

但由于目前对于无人机的路径规划考虑无人机自身物理约束并不充分，得到的路径看似可以避开障碍物，实际上无人机根本无法沿此路径飞行。尤其是对于自身物理约束很强的固定翼无人机。算法耗时也相对较长，得到的路径也只是一条空间曲线，并不包含无人机的姿态信息，无法动态显示无人机避障过程。

发明内容

本发明的目在于提供一种三维改进路径规划方法，得到满足各种约束条件下的无人机可飞行三维安全路径；并构建一种无人机三维场景路径导航平台，有效地展示无人机三维空间导航和避障过程。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种无人机三维场景路径导航平台，该平台基于Unity3d加载DEM地图数据，进行三维场景的显示；通过VS2010C++编程，实现了基于DEM的三维改进路径规划算法，获取无人机可飞行安全路径，并通过Matlab2012a绘制规划得到的路径并检测规划效果；导入无人机模型，并结合miniAHRS姿态传感器，获取当前无人机导航信息；融合路径规划算法到三维场景中，对无人机飞行状态和避障过程进行实时三维显示。

一种基于所述无人机三维场景路径导航平台的三维改进路径规划方法，步骤如下：首先通过基于DEM的改进A*算法获取初始路径，在此基础上考虑无人机的安全性和动力学约束；结合Bresenham直线生成算法对所得到的初步规划路径进行直线化；再对直线化后的路径进行Bézier曲线平滑优化，最终得到满足约束条件的无人机可飞行三维安全路径。