[发明专利]多火星飞行器的协同动态路径规划方法

说明书

本发明公开了一种多火星飞行器的协同动态路径规划方法，属于火星探测技术领域。本发明首先使用离线协同路径规划方法，确定火星飞行器在已知威胁环境中的离线协同路径，实现指定区域覆盖与对已知威胁的离线避障；其次，确定火星飞行器探测到事先未知威胁的条件、局部动态路径规划的起始点和终点；最后使用局部动态路径规划方法，确定火星飞行器对新威胁的局部动态避障路径，并将所得离线协同路径和局部动态路径进行合并，得到火星飞行器最终飞行路径。本发明提供一种既能离线协同搜索探测，又能局部动态避障的多火星飞行器路径规划方法，满足火星飞行器探测任务的需求，具有较好的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及一种飞行器路径规划领域的方法，尤其涉及一种多火星飞行器的协同动态路径规划方法。

背景技术

火星作为太阳系中最类似地球的行星，一直吸引着人类探测器的不断来访，到目前为止，火星是除地球外人类了解最多的行星。

目前的火星探测器主要是轨道器和火星车。轨道器的探测范围大，但是无法做细致的探测；火星车探测精度较高，但是由于其移动范围的限制，其探测能力有限。因为火星表面存在着稀薄的大气，火星飞行器的出现较好地解决了探测范围和探测精度的矛盾，填补了天基与路基探测之间的空白。使用火星飞行器执行火星探测任务已经成为各航天强国密切关注的下一代理想火星探索方式，如美国的“Mars2020”任务成功试飞了人类第一架地外天体动力航空器“机智号”。

随着火星探测的深入、任务多样性程度的增加，使用单飞行器的探测范围和探测效率有限。而如果使用多架火星飞行器有效地协同探测，则可以提高执行任务的效率与灵活性。

火星地形环境复杂，有着巨大的环形山和陡峭的山谷，同时火星大气环境恶劣，大气中存在着龙卷风、热气流、沙尘暴等高机动、时间敏感类威胁区域，这给火星飞行器的探测造成了困难。为了保证火星飞行器的探测任务安全完成，需要一种多火星飞行器的协同动态路径规划方法，实现探测与避障的结合。该方法采用离线协同覆盖搜索路径规划，使多火星飞行器的路径覆盖给定火星表面区域，同时对火星轨道器探测到的危险区进行离线避障。而由于轨道器探测精度的限制，某些突发危险区只能在火星飞行器的飞行途中被探测到，当火星飞行器探测到事先未知的威胁区域时，采用局部动态路径规划，实现避障功能。

发明内容：

发明目的：本发明提供一种既能离线协同搜索探测，又能局部动态避障的多火星飞行器路径规划方法，满足火星飞行器探测任务的需求，具有较好的工程应用价值。

技术方案：本发明所述的一种多火星飞行器的协同动态路径规划方法，包括以下步骤：

(1)使用多火星飞行器的离线协同路径规划方法，确定火星飞行器在已知威胁环境中的离线协同路径；

(2)确定火星飞行器探测到突发危险区的条件、局部动态路径规划的起始点和终点；

(3)使用火星飞行器的局部动态路径规划方法，确定火星飞行器对于新危险区的局部动态路径；并将所得的离线协同路径和局部动态路径进行合并，得到火星飞行器的最终飞行路径。

可选的，所述步骤(1)所述的离线协同路径规划方法，包括以下步骤：

(11)建立地图模型，并根据飞行器初始位置构建生成树；

(12)根据所步骤(11)所构建的生成树设置期望路径；

(13)为集群中各飞行器分配期望路径。

可选的，所述步骤(11)包括以下步骤：

(111)根据飞行器探测半径R_UAV对任务区域进行栅格化，分别以4R_UAV和2R_UAV对待探测区域进行栅格化，分别记录得到的各大、小栅格中心点的坐标，若栅格中心点位于某一危险区内，则标记该栅格为不可行；