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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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109213201A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-01-15 | 北京润科通用技术有限公司 | 一种避障方法及装置 |
| CN109520507A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-26 | 智灵飞（北京）科技有限公司 | 一种基于改进rrt的无人机实时路径规划方法 |
| CN109542117A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-03-29 | 哈尔滨工业大学（威海） | 基于改进rrt的水下航行器滚动规划算法 |
| CN111204336A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-29 | 清华大学 | 一种车辆行车风险的评估方法及设备 |
| CN113359840A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种无人机三维空间飞行路径的快速构建方法及系统 |
| CN113375672A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-09-10 | 北京理工大学 | 一种无人飞行器的高实时航迹避让方法及系统 |
| CN113534838A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-22 | 西北工业大学 | 一种基于人工势场法的改进无人机航迹规划方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104155998A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-19 | 电子科技大学 | 一种基于势场法的航迹规划方法 |
| CN107544553A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-01-05 | 湖北工业大学 | 一种基于混合蚁群算法的无人机航路规划方法 |
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2018
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104155998A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-19 | 电子科技大学 | 一种基于势场法的航迹规划方法 |
| CN107544553A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-01-05 | 湖北工业大学 | 一种基于混合蚁群算法的无人机航路规划方法 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109542117A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-03-29 | 哈尔滨工业大学（威海） | 基于改进rrt的水下航行器滚动规划算法 |
| CN109542117B (zh) * | 2018-10-19 | 2023-08-11 | 哈尔滨工业大学（威海） | 基于改进rrt的水下航行器滚动规划算法 |
| CN109213201A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-01-15 | 北京润科通用技术有限公司 | 一种避障方法及装置 |
| CN109213201B (zh) * | 2018-11-30 | 2021-08-24 | 北京润科通用技术有限公司 | 一种避障方法及装置 |
| CN109520507A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-26 | 智灵飞（北京）科技有限公司 | 一种基于改进rrt的无人机实时路径规划方法 |
| CN111204336A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-29 | 清华大学 | 一种车辆行车风险的评估方法及设备 |
| CN111204336B (zh) * | 2020-01-10 | 2021-04-30 | 清华大学 | 一种车辆行车风险的评估方法及设备 |
| CN113375672A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-09-10 | 北京理工大学 | 一种无人飞行器的高实时航迹避让方法及系统 |
| CN113375672B (zh) * | 2021-02-08 | 2023-02-17 | 北京理工大学 | 一种无人飞行器的高实时航迹避让方法及系统 |
| CN113359840A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种无人机三维空间飞行路径的快速构建方法及系统 |
| CN113534838A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-22 | 西北工业大学 | 一种基于人工势场法的改进无人机航迹规划方法 |
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