[发明专利]一种无人机航路规划方法及装置

说明书

本发明提供了一种无人机航路规划方法及装置，方法包括构建无人机航路规划模型，并根据无人机航路规划模型进行实际航路规划。本发明的航路规划方法是基于无人机机载导航传感器的性能，综合考虑机载导航传感器提供的导航参数的误差以及空域中障碍物覆盖情况，将现有的面向质点的航路规划算法转变为面向导航传感器误差覆盖区域的航路规划，实现无人机在一定安全区域内的动态航路规划。本发明在导航传感器性能的基础上同时考虑无人机的机动性能，针对无人机的机动性能限制，提供不同机动性能下无人机的个性化航路规划，使不同性能的无人机可以规划出最适合本机的航路，工程适用性及航路安全性大大提高。

技术领域

本发明属于路径规划技术领域，尤其是涉及一种无人机航路规划方法及装置。

背景技术

随着无人机的应用越来越广泛，有效的机载端实时航路规划成为无人机的自主飞行及运行安全的关键要素和核心技术。无人机航路规划算法是其中的关键。传统的航路规划算法主要有A*算法、Dijkstra算法、D*算法、人工势场法，基于采样的航路规划算法有PRM算法、RRT算法，智能仿生航路规划算法有神经网络算法、蚁群算法、遗传算法等。

传统的航路规划算法不考虑无人机导航系统的性能，将无人机看作为一个质栅格进行航路规划，这会造成部分复杂低空空域，如城市峡谷、复杂山区等区域所规划的航路不可行。

例如，Dijkstra算法：该算法从起点遍历到其他各节栅格计算其距离直到目标节栅格的最短航路。该算法的主要特栅格是确保每一次的迭代航路均是最短的。该算法鲁棒性好但其搜索效率低。再例如A*算法：该算法从起点开始，检查其从起点开始，遍历起点周围邻近的栅格，然后再遍历已经遍历过的栅格邻近的栅格，逐步的向外扩散，直到找到终点。该算法准确性高、性能好，但可能出现目标不可达而浪费性能的现象。

这些航路规划大多都是静态航路规划，均假设不考虑导航系统所提供的导航参数的精度，将无人机定义为质栅格，使无人机跟踪规划好的航路。但在现实条件下，无人机通常装配普通精度甚至低精度的导航模块，由于实际导航系统所提供的导航参数的误差，会导致无人机与实际障碍物之间的安全区域降低，造成起点到终点的可行航路不存在。或者即使规划航路存在，也很有可能给无人机带来如碰撞等不可预知的风险。因此，在航路规划过程中，导航参数的误差所带来的影响是不可忽视的问题，对无人机的可行航路规划的工程应用有着十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明一种无人机航路规划方法及装置，本发明的航路规划方法是基于无人机机载导航传感器的性能，综合考虑机载导航传感器提供的导航参数的误差以及空域中障碍物覆盖情况，将现有的面向质点（无人机作为一个点看待）的航路规划算法转变为面向导航传感器误差覆盖区域（无人机作为一个空间体看待）的航路规划，实现无人机在一定安全区域内的动态航路规划。本发明在导航传感器性能的基础上同时考虑无人机的机动性能，针对无人机的机动性能限制，提供不同机动性能下无人机的个性化航路规划，使不同性能的无人机可以规划出最适合本机的航路。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无人机航路规划方法，包括如下步骤：

步骤1：确定无人机飞行任务的起点和终点经纬度，根据飞行任务所在地区的地形数据库文件构建三维栅格地图；

步骤2：根据无人机的飞行高度进行分层航路规划，选择所有低于无人机飞行高度上限的高度作为无人机的可飞行高度，把高于无人机飞行高度上限的栅格设置为障碍物；

步骤3：确定无人机的导航系统所提供的导航参数的误差大小以及无人机最大转弯角限制，将导航参数的误差大小转化为地形栅格值；

步骤4：进行A*算法搜索，不断搜索前、后、左、右、左斜前、左斜后、右斜前、右斜后的栅格，通过找出寻路消耗代价值最小的栅格作为新的起点再循环的找，直到找到终点，确定下一步可行最优航路；