[发明专利]一种基于保角映射分析的无人飞行器空间避障方法

说明书

本发明提出了基于保角映射分析的无人飞行器空间避障方法，该方法包括以下步骤：构建三维速度障碍锥，运用三维速度障碍锥进行避碰判断，建立空间速度障碍球冠并求解球冠参数，对空间速度障碍球进行保角映射、进而求解避障方向，以及求解避障点。该方法能够确定无人飞行器对威胁障碍物避碰的最小速度矢量偏转方向，简化了多威胁障碍物避碰分析。使用该方法处理多威胁障碍物条件下的避碰问题，具有简单、直观等优点。

技术领域

本发明属于无人飞行器空间避障飞行的控制领域，尤其是涉及一种基于保角映射分析方法的无人飞行器空间避障方法。

背景技术

当前，无人飞行器无论是在民用领域还是军事领域中都得到了广泛的应用。但随着无人飞行器执行任务范围的扩大和执行环境的日益复杂，如何提高无人飞行器在复杂环境中执行艰巨任务的生存能力成为无人飞行器技术研究中亟待解决的关键问题之一。为无人飞行器配备高性能的自主避障系统可实现无人飞行器在复杂环境下对动静态障碍物的避碰，而自主避障系统的核心是自主避障算法。

为了提升无人飞行器的自主避障系统性能，可提高无人飞行器在复杂动态环境中执行任务的生存能力，这就要求自主避障系统配备的自主避障算法能实现对动静态威胁障碍物的避碰。现有避障算法对复杂环境中多威胁障碍物的避碰较为复杂，且多采用降维的思想进行处理，很难得到无人飞行器对多威胁障碍物避碰的最小速度矢量偏转方向。

发明内容

针对上述提出的问题，有必要提出一种新的空间避障方法，该方法能够简单、直观地处理多威胁障碍物条件下的避碰问题，并能够确定多动态威胁障碍避碰的速度矢量方向。

本发明提出的避障方法具体包括以下步骤：

步骤S1，构建三维速度障碍锥；

步骤S2，运用构建的三维速度障碍锥进行避碰判断；

步骤S3，建立相对碰撞区RCC和绝对碰撞区ACC；然后建立空间速度障碍球冠，并解出球冠的参数；

步骤S4，对空间速度障碍球冠进行保角映射，求解避障方向，具体包括以下子步骤，

步骤S41，建立映射坐标系，以为平面直角坐标系的横轴，oθ为平面直角坐标系的纵轴，建立平面方向角直角坐标系和θ分别表示为无人飞行器速度矢量v_u的偏航角和俯仰角，且

步骤S42，将空间速度障碍球冠的边界保角映射为坐标系内以点为圆心的⊙C_o，⊙C_o的半径为γ；其中，为矢量的方向角，而P_U为无人飞行器的位置，C为空间速度障碍球冠的中心点，即球冠大圆中心；γ为P_U与空间速度障碍球冠的大圆边界形成圆锥的半顶角；

步骤S43，将当前时刻无人飞行器速度矢量v_u的偏航角和俯仰角记为无人飞行器的速度矢量方向角则矢量与⊙C_o的交点为最小避障速度矢量偏转方向；

步骤S5，求解避障点。

除了步骤S4及其子步骤外，其它步骤的具体方法可参见CN105717942A专利申请中的技术方案。

优选的，当障碍物为多个时，步骤S2要对多个障碍物进行避障判断，如果无人飞行器的速度矢量v_u与障碍物O_i的速度矢量v_oi之间的相对速度矢量v_uoi在障碍物O_i形成的障碍锥内，则需要同时对多个障碍物进行避碰，否则不需要同时对多个障碍物进行避碰。

优选的，当需要同时对多个障碍物进行避碰时，

步骤S42中需要对每个空间速度障碍球冠的边界均进行保角映射，将映射后所得各映射圆的并集记为∪⊙；