[发明专利]一种无人机航迹规划方法

权利要求书

1.一种无人机航迹规划方法，其特征在于，包括步骤如下：

获取地图中不含障碍物的点集，并确定起点和终点，将确定的起点和终点加入点集；基于kd-tree算法，设定广度m和深度k，搜寻起点的m个邻近点作为第一重点，并根据每个第一重点搜寻m个第二重点，循环该过程，直到搜寻到第k重点，获得起点到m个第一重点、每个第一重点到第二重点中各自近邻点的多条路径，以及每个第k-1重点到第k重点中各自近邻点的多条路径；以距离最短的路径的第k重点作为新的起点，重新进行搜寻，直到判断起点为终点，形成一条待优化的路径，其中，k，m的取值均为自然数；

判断距离最短的路径是否与障碍物直线相交，如果不相交，根据该路径的k重点为新的起点，保留该路径，判断新的起点是否为终点，如果是终点，形成一条无碰撞的待优化路径；如果不是终点，采用极度贪心思想，判断起点与终点的连线是否与障碍物直线相交，如果相交，从点集中删除路径上的端点，返回kd-tree算法；如果不相交，形成一条无碰撞的待优化路径；

如果距离最短的路径与障碍物直线相交，判断距离次短的路径是否与障碍物直线相交，如果相交，判断当前路径在路径集合中的排序是否大于第一重点中点的个数，如果当前路径在路径集合中的排序大于第k重点中点的个数，将第一重点从点集中删除，保持起点不变，返回kd-tree算法；如果当前路径在路径集合中的排序小于第k重点中点的个数，返回判断距离次短的路径是否与障碍物直线相交；

对形成的无碰撞的待优化路径进行优化，获得最短路径，即形成无碰撞的最优路径。

2.根据权利要求1所述的一种无人机航迹规划方法，其特征在于，所述获得起点到m个第一重点、每个第一重点到第二重点中各自近邻点的多条路径，以及每个第k-1重点到第k重点中各自近邻点的多条路径，包括以下步骤：

设定其广度m为3，深度k为2，搜寻起点s的三个近邻点a，b，c，分别以a，b，c为起点，找到a，b，c的三个近邻点，a的近邻点是a1、a2、a3，b的近邻点是b1、b2、b3，c的近邻点是c1、c2、c3，其中，a、b、c为第一重点，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3为第二重点，则找到第二重点即结束广度m为3和深度k为2的搜索；分别计算起点s到a，a到a1、a2、a3，起点s到b，b到b1、b2、b3，起点s到c，c到c1、c2、c3的路径，得到d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9九段路径，将这九段路径从小到大排序，排好序放入集合D中，D＝{d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9}，则以d1的第二重点a1为新的起点s，将每次得到的新起点均放入集合Q中，以此类推，直到终点f，形成一条路径。

3.根据权利要求2所述的一种无人机航迹规划方法，其特征在于，所述采用极度贪心思想，包括以下步骤：

每生成一段距离最短的路径，就将该段路径的第二重点与终点相连，判断第二重点与终点的连线是否相交，如果不相交，则直接将第二重点和终点相连，形成一条路径，完成航迹规划，如果相交，则继续按照原始航迹规划的方法继续进行规划；

搜寻新的起点时，考虑起点s到近邻点的距离，还考虑近邻点到终点f的距离，设定起点到近邻点的权值为α，近邻点到终点的权值为β；通过公式d1＝α*s到a的距离+β*a到终点f的距离+α*a到a1的距离+β*a1到终点f的距离，计算得到路径距离值；其中，α和β取值满足α+β＝1。

4.根据权利要求2所述的一种无人机航迹规划方法，其特征在于，所述判断距离最短的路径是否与障碍物直线相交，包括以下步骤：

S1：判断距离最短的路径d1与障碍物组成的线条是否相交，如果不相交，不发生碰撞，以该路径的第二重点为新的起点，依据原始航迹规划的方法继续进行路径规划；否则，发生碰撞，不再选取该路径；

S2：如果发生碰撞，选取第二短的路径d2，判断d2与障碍物线条是否相交，进行步骤S1；

S3：如果集合D中的路径均与障碍物组成的线条相交，把第一重点从集合H中删除，再找起点s的三个近邻点，重新形成多条路径。

5.根据权利要求2所述的一种无人机航迹规划方法，其特征在于，所述对形成的无碰撞的待优化路径进行优化，包括以下步骤：

将集合Q中的第一个起点与第二个起点相连，判断连接所得的线条与障碍物组成的线条是否相交，如果相交，保留第一个起点和第二个起点之间的路径，继续判断第二个起点和第三个起点的连线与障碍物组成的线条是否相交；

如果不相交，则判断第一个起点和第三个起点之间的连线与障碍物组成的线条是否相交，如果不相交，继续判断第一个起点和第四个起点，同理，当出现与障碍物组成的线条相交的起点，连接第一个起点和相交的前一个起点，保留这段路径，以该起点为新的起点继续判断；

如果相交，则保留第一个起点和第二个起点之间的路径，继续判断第二个起点和第三个起点的连线与障碍物组成的线条是否相交，同理，直到判断完集合Q中的所有起点，获得最短路径，即形成无碰撞的最优路径。