[发明专利]无人机动平台在多域地形环境下的全局路径规划方法

权利要求书

1.一种无人机动平台在多域地形环境下的全局路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)设计无人机动平台通过各种地形的代价J_i，其中地形包括铺装路面、松软路面、涉水路面、坡道、壕沟和断崖，设计代价J_i包括：铺装路面行驶的代价J₁、松软路面行驶的代价J₂、涉水路面行驶的代价J₃、上坡行驶的代价J₄、下坡行驶的代价J₅、跨越壕沟的代价J₆、上断崖的代价J₇、下断崖的代价J₈；

2)计算无人机动平台通过各个地形所需的代价J_i，公式如下：

式中，为无人机动平台通过对应地形的耗时代价，为无人机动平台通过对应地形的耗能代价，α_t为耗时权重，α_e为耗能权重；

3)根据任务需求对耗时权重和耗能权重进行调整，当要求无人机动平台能更快的从起始点运动到目标点，则增大耗时权重α_t；当要求无人机动平台从起始点运动到目标点耗能更少，则增大耗能权重α_e；

4)计算各个地形下的耗时代价和耗能代价；

5)判断无人机动平台的不可通行区域，将不符合的位置全部设置为不可通行区域；

6)在已知全局环境的情况下，根据全局地形的大小建立全局的栅格图，将不可通行区域边缘部分根据无人机动平台的半径进行膨胀，然后投影到该栅格图，利用该栅格图进行全局规划；

7)基于地形通行所需的代价信息，设置启发式的搜索方式；

8)当搜索到目标点时，从目标点开始依次寻找其父节点，得到由各个栅格节点组成的全局栅格序列，选取全局栅格序列中每一个栅格中心点的位置作为全局路径轨迹点，然后将全局路径轨迹点进行Bezier曲线平滑拟合，得到无人机动平台在多域地形环境下的全局路径；

所述步骤4)中，各个地形下的耗时代价和耗能代价的计算规则如下：

铺装路面、松软路面和涉水路面的耗时代价和耗能代价均取值为定值；

上坡的时间代价和能量代价的计算公式如下：

式中，θ₁为上坡的坡度，为上坡的时间代价函数，为上坡的能量代价函数；

下坡的时间代价和能量代价的计算公式如下：

式中，θ₂为下坡的坡度，表示下坡的时间代价函数；表示下坡的能量代价函数；

跨越壕沟的时间代价和能量代价的计算公式如下：

式中，w为壕沟的宽度，为跨越壕沟的时间代价函数，为跨越壕沟的能量代价函数；

上断崖的时间代价和能量代价的计算公式如下；

式中，h为断崖的高度，为上断崖的时间代价函数，为上断崖的能量代价函数；

下断崖的时间代价和能量代价的计算公式如下；

式中，h为断崖的高度；f₈^t为下断崖的时间代价函数；f₈^e为下断崖的能量代价函数。

2.根据权利要求1所述的全局路径规划方法，其特征在于，所述步骤5)中，无人机动平台的可通行区域的规则如下：

涉水路面：dd_max；

其中，d为涉水路面的水深，d_max为无人机动平台所能通过的最大水深；

坡道：θθ_max；

其中，θ为坡道的坡度，θ_max为无人机动平台所能爬上坡道的最大坡度；

壕沟：ww_max；

其中，w为壕沟的宽度，w_max为无人机动平台所能跨越壕沟的最大宽度；

断崖：hh_max；

其中，h为断崖的高度，h_max为无人机动平台所能爬上断崖的最大高度。

3.根据权利要求1所述的全局路径规划方法，其特征在于，所述步骤7)中，启发式的搜索方式具体包括：

计算三个指标：起点运动到当前位置的移动耗费G(i)、当前位置到目标点的启发函数H(i)和当前位置的总代价F(i)；

其中，G(i)的计算规则采用起点到当前位置点的代价之和，公式如下：

G(i)＝J₁+J₂+…+J_i

H(i)的计算规则采用简单的曼哈顿方法，计算从当前位置到目标点之间水平和垂直的栅格的数量总和，忽略对角线方向，公式如下：

H(i)＝mL_i

式中，m为放大系数，L_i为该位置至目标点的距离；

当前位置点总代价F(i)＝G(i)+H(i)。