[发明专利]基于准均匀样条曲线的无人机路径修正方法及系统

说明书

本发明公开一种基于准均匀样条曲线的无人机路径修正方法及系统，其通过建立动态障碍物模型，规划一条连接起点和终点的直线段路径；并以直线段之间的交点为管制点，直线段路径为控制多边形，绘制准均匀三次B样条曲线；找出与障碍物相交的曲线段以及相交曲线段所对应直线段，在对应直线段上添加控制点，调整曲线使其通过该控制点；更新管制点组和曲线，并根据无人机的曲率约束和安全约束微调管制点，最终得到无人机飞行路径。本发明采用增加控制点的办法来修正B样条曲线，使曲线逐渐靠近由控制点构成的多边形，从而使无人机飞行路径能够精确避开障碍物，同时既满足飞行路径全段C2曲率连续性，又使不需要修正的曲线段尽可能多地保持原样。

技术领域

本发明涉及通用航空管制领域技术，特别涉及一种基于准均匀样条曲线的无人机路径修正方法及系统。

背景技术

随着各种无人机的普及和小型化，有关无人机管制技术的研究也变得越来越多，研究方向也越来越细致。无人机楼宇穿行除了障碍物不规则、陡变的特征外，还有一个显著的特征就是密集排列。当需要规划的路径非常长的时候，路径也有很大的概率会变得很复杂，如果路径是由控制点所控制的曲线，那远远不是3、5个控制点所能解决的；而密集的楼宇还有一个问题，就是如果某一区域的路径规划没问题的话，我们并不希望它改变，因为改变会引发不确定性。也就是说，当一个区域的路径与障碍冲突需要修正的时候，其它区域的路径能保持不变。而Bezier曲线、PH曲线都是全局曲线，改变一处，整条曲线都会跟着改变，这种特性对于复杂的长路径规划和密集排列的楼宇障碍非常不利。

对于无人机的路径规划问题，除了考虑避障，还要考虑的是无人机的跟随问题。如果规划的路径，无人机无法按照路径飞行，那这样的路径规划出来其效果也会打折扣。通常，无人机的跟随性和无人机本身的物理特性有关，不同的无人机跟随性也会不同。但它们基本上的飞行路径都是曲率连续(C2连续)的，所以，对无人机规划出的路径也必须是曲率连续的。

因此，亟待研发一种既能够满足飞行路径全段C2曲率连续性，整条B样条曲线中出现直线段并不会影响到无人机的跟随性，且不需要修正的曲线段尽可能多地保持原样的无人机路径修正方法及系统。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种既能够满足飞行路径全段C2曲率连续性，整条B样条曲线中出现直线段并不会影响到无人机的跟随性，且不需要修正的曲线段尽可能多地保持原样的无人机路径修正方法及系统。

一种基于准均匀样条曲线的无人机路径修正方法，所述基于准均匀样条曲线的无人机路径修正方法包括如下步骤：

S1、建立动态障碍物模型，规划一条连接起点和终点的直线段路径；

S2、以直线段之间的交点为管制点，直线段路径为控制多边形，绘制准均匀三次B样条曲线；

S3、找出与障碍物相交的曲线段以及相交曲线段所对应直线段，在对应直线段上添加控制点，调整曲线使其通过该控制点；

S4、更新管制点组和曲线，并根据无人机的曲率约束和安全约束微调管制点。

一种基于准均匀样条曲线的无人机路径修正系统，所述基于准均匀样条曲线的无人机路径修正系统包括如下功能模块：

初级线路规划模块，用于建立动态障碍物模型，规划一条连接起点和终点的直线段路径；

B样条曲线绘制模块，用于以直线段之间的交点为管制点，直线段路径为控制多边形，绘制准均匀三次B样条曲线；

曲线调整模块，用于找出与障碍物相交的曲线段以及相交曲线段的四个管制点，根据顺序连接四个管制点的形状，对曲线进行相应调整；

线路更新模块，用于更新管制点组和曲线，并根据无人机的曲率约束和安全约束微调管制点。