CN108375987A - 一种低空飞行无人机的实时航迹规划 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航迹规划领域,尤其涉及一种动态未知环境中无人机的航迹规划。本发明考虑到无人机航迹规划受到未知障碍和动态障碍的影响,首先根据已知环境信息,进行一次全局航迹规划,无人机沿此参考航迹飞行并对环境进行实时更新,当沿参考航迹难以行进时,将未行使航迹与滚动窗口边缘处相交点作为临时目标点,运用改进的人工势场法对航迹进行修正。本发明对人工势场法进行了改进,并构造了一种椭圆形斥力场,使无人机能够更为灵活地在障碍物两侧避障,降低航迹长度,通过加入最终目标点的引力场解决了局部极小值问题。本发明在无人机实时航迹规划中具有很高的实用价值和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种航迹规划,尤其涉及一种低空飞行无人机的实时航迹规划。
背景技术
无人机由于行动灵活、易于操作、造价低等特点,被广泛应用于消防、物流、交通等领域,并且展现出极大的优势。无人机在低空飞行执行任务过程中,航迹规划是很重要的一个环节。无人机需要在躲避障碍物的前提下,沿着某一航迹由起点飞向最终目标点。
运用相关算法可以实现一次性的无人机全局航迹规划,但当飞行环境动态变化或信息不完全时,则一次性的全局规划航迹难以适用于无人机的飞行。一些动态障碍物或未知障碍物都会对航迹规划产生影响,为无人机的飞行增加了困难,制约了无人机执行任务的能力和效率。
发明内容
本发明为了克服地下环境动态变化或信息不完全的状况,使无人机根据具体实时环境进行航迹规划,相应的提高无人机航迹规划的效率和成功率,提供了一种滚动窗口与改进的RRT相结合的实时航迹规划算法。
本发明根据已知环境信息,运用RRT算法进行一次全局航迹规划,并对规划出的参考航迹进行平直处理。无人机沿此参考航迹飞行,通过滚动窗口对飞行环境进行更新,若有障碍物阻碍当前参考航迹,则选取未行使航迹与窗口边缘处相交点作为临时目标点,运用改进的人工势场法进行航迹修正。在改进人工势场法过程中,将障碍物产生的斥力场改为椭圆形,椭圆形的长轴与方向向量平行,使航迹规划能够更为灵活避障,同时降低了航迹长度。当航迹规划陷入局部极小值问题时,则构造最终目标点的引力场,打破当前力场平衡使航迹规划继续进行。直至航迹与临时目标点相接,则完成局部航迹修正。本发明在无人机实时航迹规划中具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
图1为本发明实时航迹规划方法的流程图。
图2为航迹平直处理示意图。
具体实施方式
下面结合附图1,对本发明进行详细的描述。
在无人机沿着参考航迹行进过程中,运用滚动窗口进行实时环境监测,在滚动规划的每一步,无人机首先通过其传感器系统获取周围的实时信息,对窗口区域内的障碍环境进行初始化,这一过程既是对区域内的障碍环境信息进行修正,也是对不确定动态障碍物信息的确认,甚至还包括了对动态障碍运动趋势的预测,从而为航迹规划提供实时信息。
当航迹规划陷入局部极小值问题时,则加入最终目标点的引力场,打破当前力场平衡,使航迹规划继续进行。直至航迹与临时目标点相接,则完成局部航迹修正。
对航迹修正的过程进行描述:
步骤1:初始化无人机当前位置;
步骤2:对当前视野范围内的环境信息进行刷新;
步骤3:判断是否有障碍物阻碍当前航迹,是则转向步骤4,否则继续沿参考航迹飞行;
步骤4:选取未行使航迹与窗口边缘处相交点作为临时目标点;
步骤5:根据临时目标点和已知的环境信息,运用改进人工势场法在窗口内进行航迹修正;
步骤6:无人机沿修正的航迹进行飞行,并转向步骤1。
综上所述,本发明根据已知环境信息,运用RRT算法进行一次全局航迹规划,并对规划出的参考航迹进行平直处理。无人机沿此参考航迹飞行,通过滚动窗口对飞行环境进行更新,若有障碍物阻碍当前参考航迹,则选取未行使航迹与窗口边缘处相交点作为临时目标点,运用改进的人工势场法进行航迹修正。在改进人工势场法过程中,将障碍物产生的斥力场改为椭圆形,椭圆形的长轴与方向向量平行,使航迹规划能够更为灵活避障,同时降低了航迹长度。当航迹规划陷入局部极小值问题时,则构造最终目标点的引力场,打破当前力场平衡。本发明在无人机实时航迹规划中具有很高的实用价值。
Claims (4)
1.一种低空飞行无人机的实时航迹规划,其特征在于根据已知环境信息进行一次全局航迹规划,作为无人机飞行的参考路线,在无人机飞行过程中对环境进行实时更新,并根据具体需要运用改进的人工势场法对参考航迹进行修正。
2.根据要求1所述的一种低空飞行无人机的实时航迹规划,其特征在于全局航迹规划
时,根据相邻三个节点所构成的转折角进行航迹修剪,当时则认为航迹比较
平直则无需进行修剪,当时则认为航迹较为曲折,需要对航迹进行修剪处理。
3.根据要求1所述的一种低空飞行无人机的实时航迹规划,其特征在于当需要进行航
迹修正时,将未行使航迹与窗口边缘处相交点作为临时目标点,临时目标点产生引力
场,并构造无人机当前位置指向临时目标点的方向向量,将障碍物产
生的斥力场改为椭圆形,椭圆形的长轴与方向向量平行,减少障碍物两侧的斥力场影响范
围,使无人机能够更为灵活地在障碍物两侧避障。
4.根据要求1所述的一种低空飞行无人机的实时航迹规划,其特征在于航迹规划陷入局部极小值问题时,则加入最终目标点的引力场,打破当前力场平衡,使航迹规划继续进行。
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