[发明专利]一种基于Dubins路径和分支限界的无人机航迹实时规划方法

摘要

本发明涉及一种基于Dubins路径和分支限界的无人机航迹实时规划方法，属于航迹自主规划技术领域。本发明将Dubins路径与分支限界算法相结合，用于实时规划平面内无人机避开所有障碍的最短航迹。基于Dubins路径的航迹由于考虑了固定翼无人机的运动学约束，更加符合无人机的飞行特性。同时，本发明在航迹搜索树的扩展和遍历过程中，使用分支限界算法，既降低了存储消耗，又提升了航迹搜索树的遍历速度。相较于传统方法，本发明对航迹规划问题进行了工程可实现的简化，兼顾了航迹质量与规划速度，工程实用性强。

主权项

1.一种基于Dubins路径和分支限界的无人机航迹实时规划方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：获取无人机飞行任务相关的信息，包括任务区域的数字高程地图，威胁数量和分布范围信息，无人机巡航高度，无人机起始位置和目标位置，无人机最小转弯半径，并对地图进行预处理。步骤2：初始化航迹搜索树，即设置航迹搜索树的根结点。同时按照约定，设定此时的最短可飞航迹的长度为无穷大。步骤3：判断航迹搜索树是否完成了遍历，若完成遍历，则航迹规划结束，结束时，若当前最优可飞航迹仍然为最初设定的长度为无穷大的航迹，则规划失败，否则当前最优可飞航迹就是最终的最优航迹；若未完成遍历，则按照一定的策略从航迹搜索树未遍历过的结点中选择一个进行处理，实际上未遍历过的结点等价于当前的活结点。步骤4：计算选择的结点所代表的航迹的长度L，判断L与当前最优可飞航迹的长度L_min的大小关系。若L小于L_min，则执行步骤5，否则返回执行步骤3。步骤5：判断选择的结点所代表的航迹是否与障碍有碰撞。若有碰撞，选择其中某个障碍圆或障碍群，进行分支操作，产生绕过要处理的障碍的两条Dubins路径，这两条新航迹对应于航迹搜索树上对当前结点进行扩展得到的两个子结点。然后返回执行步骤3；若没有碰撞，说明该结点所代表航迹绕过了所有障碍，而且又因为该航迹的长度短于当前最优可飞航迹，所以该结点实际上优于当前最优解，则设置该航迹为新的当前最优可飞航迹，并计算其长度。然后返回执行步骤3。