[发明专利]一种低空飞行无人机的实时航迹规划

说明书

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。

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；