[发明专利]一种基于动态切点调整的无人机航迹规划方法

说明书

本发明属于无人机航迹规划技术领域，公开了一种基于动态切点调整的无人机航迹规划方法，基于动态切点调整的航迹规划方法，针对现有技术存在的问题，将航迹规划问题形式化为一个与定位误差校正次数、航迹长度和转弯半径相关的多目标优化问题，在保证定位误差得到有效校正的前提下优化航迹长度，并利用动态切点调整的方式来制定无人机的转弯策略。本发明可有效降低无人机航迹长度与算法复杂度并能符合无人机动力结构，相较于其他无人机航迹规划方法更能适用于实际场景应用，实现多约束条件下的无人机航迹快速规划。

技术领域

本发明属于无人机航迹规划技术领域，尤其涉及一种基于动态切点调整的无人机航迹规划方法。

背景技术

无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的无人驾驶航空器。由于具备无人驾驶、尺寸小、成本低以及机动性强等优点，被广泛应用于各大军用和民用领域当中，如无人机通信、农业、火灾监控和检测和物联网等领域。无人机航迹规划技术是无人机应用的重要研究方向。自20世纪中期以来，一些西方国家已相继开始了无人机航迹规划技术的研究，并在20世纪70年代逐步构建了无人机飞行方面的一系列基础理论。而伴随着计算机技术的普遍应用和快速发展，从20世纪80年代中期以及后期开始，相关学者已将无人机航迹规划技术应用于遥控、遥感等领域，并在20世纪90年代，无人机航迹规划技术逐步趋于成熟。但现有的无人机航迹规划技术仍难以满足多样化的应用需求，无人机所用的航迹规划通常需要人工经验操纵处理，同时由于无人机系统结构限制，无人机的定位系统无法对自身进行精准定位，一旦定位误差积累到一定程度可能导致任务失败，并且无人机在转弯时受到结构和控制系统的限制，无法完成即时转弯。因此，在飞行过程中对定位误差进行校正并设计符合无人机动力结构的飞行轨迹是无人机航迹规划中的一项重要任务。

现有技术一提出运用几何数学的手段对无人机航迹进行规划，并在航迹规划过程中对转弯半径、转弯方向予以约束，该技术能快速规划出最短的无人机飞行路径，但该技术假设装载在无人机设备上的定位系统具有精准定位功能，不会产生定位误差。而在实际的无人机飞行过程中，定位误差是会逐渐累积的，一旦超过定位误差阈值则可能会导致无人机偏离预定轨迹，从而影响预期任务目标的实现。

现有技术二提出了与三维空间相结合的快速A*搜索算法，通过无源定位的方式对无人机航迹进行规划，该技术可以通过无源定位的方式来降低定位误差所带来的影响，但该技术所规划的航迹没有考虑无人机动力结构的限制。受限于无人机的动力结构，无人机在转弯时需有一定的转弯半径，无法实现即时转弯，因此该技术不能直接应用于实际的无人机航迹规划应用中。

现有技术三针对目前无人机在飞行任务中无法以最小路径代价实现航带间转弯飞行的问题，提出一种基于最小转弯半径的无人机转弯航迹规划算法。该技术依据无人机情报处理对于航片旁向重叠率的要求，确定航带间距，同时依据无人机飞行速度及姿态数据，确定无人机的最小转弯半径。该技术所规划的航迹不仅短而且符合无人机的动力结构，但该技术复杂程度较高，需根据不同的航带间距来制定不同的转弯策略，而现有无人机的计算能力有限，所规划的无人机航迹不能过于复杂，因此所规划的航迹不仅需符合无人机的动力结构还需尽可能的复杂度低。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术一运用几何数学的手段对无人机航迹进行规划，没有考虑无人机定位存在误差的问题，而误差会逐步积累可能导致任务失败的情况发生。

(2)现有技术二通过无源定位的方式对无人机航迹进行规划，在航迹规划过程中没有考虑无人机动力结构的问题，无法满足无人机转弯半径所带来的约束。

(3)现有技术三基于最小转弯半径来对无人机航迹进行规划，但该技术复杂程度较高，针对不同的场景需制定不同的转弯策略，无法满足无人机航迹规划对低程度复杂度的要求。