[发明专利]一种固定翼无人机的轨迹规划方法

说明书

本发明涉及一种固定翼无人机的轨迹规划方法，包含以下步骤：步骤一、根据固定翼无人机基本参数设定固定参数，初始化任务要求和相关控制参数等；步骤二、固定翼无人机通过传感器实时检测飞行前方状况，根据预判式碰撞检测方法，判断障碍物是否真正对固定翼无人机构成威胁；步骤三、根据实时检测的威胁结果，采取不同的控制策略进行飞行；步骤四、重复步骤二和步骤三，控制固定翼无人机飞行，直到到达目标位置。该方法通过预判式碰撞检测方法对障碍物进行甄别，同时提出了静态避障和动态避障相结合的轨迹规划方法，以满足不确定环境下的固定翼无人机实时避障的要求和固定翼无人机动力学约束，使其能够达到了良好的动态航迹规划效果。

技术领域

本发明涉及一种固定翼无人机的轨迹规划方法，属于考虑路径信息的飞行器航迹规划控制策略领域。

背景技术

固定翼无人机因其低成本，可自主飞行等优良特性，目前在军事和民用领域得到了广泛应用。固定翼无人机航迹规划在固定翼无人机控制策略中显得十分重要，它是一个多目标优化问题，定义为在一定环境和任务目标下，寻找从起始点到目标点的最优飞行路线，同时避开各种威胁源。

常用的航迹规划方法可分为几何方法、启发式搜索方法、势场法等。其中，几何方法首先对环境进行几何建模，后依据一定的最优策略，选择某种搜索算法得到可行解，但当任务空间发生变化，需对任务空间重新遍历，故而不适合动态航迹规划；启发式搜索法包括A*算法，粒子群算法，遗传算法等经典算法，这类方法会随着搜索空间的扩大，这类算法的计算复杂度会呈爆炸式增长，故而实时性不好；势场法中典型的方法是人工势场法，其优点是计算量小，速度快，但其容易陷入局部最优。还有些方法只适用于离线规划，但外界环境因素是不确定的，且固定翼无人机受限于动力学约束，如最大转弯角和检测半径等，因此在应用过程中具有很大的局限性。

固定翼无人机一般具有飞行速度快、飞行高度较高、载重量大、航程长等优势而得到广泛应用，但其在航行过程中频繁转弯代价高。目前，轨迹规划的方法主要是基于单一的动态避障或者静态避障方法，缺乏有效的鉴别障碍物方法，以及没能够合理的发挥出动态避障或者静态避障方法的优势。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种固定翼无人机的轨迹规划方法，通过预判式碰撞检测方法对障碍物进行甄别，同时提出了静态避障和动态避障相结合的轨迹规划方法，以满足不确定环境下的固定翼无人机实时避障的要求和固定翼无人机动力学约束，使其能够达到了良好的动态航迹规划效果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固定翼无人机的轨迹规划方法，包括如下步骤：

步骤一、根据固定翼无人机基本参数设定固定参数，初始化任务要求和相关控制参数等；

步骤二、固定翼无人机通过传感器实时检测飞行前方状况，根据预判式碰撞检测方法，判断障碍物是否真正对固定翼无人机构成威胁；

步骤三、根据实时检测的威胁结果，采取不同的控制策略进行飞行；

步骤四、重复步骤二和步骤三，控制固定翼无人机飞行，直到到达目标位置。

进一步，所述步骤一具体为：所述步骤一具体为：建立xoy二维平面坐标系，将固定翼无人机的基本参数——固定翼无人机的起始位置p₀、最小速度v_m0、最大速度v_m1、最大加速度a、最大转弯角φ、最小安全距离r，传感器最大检测半径R等设定为控制策略的固定参数；初始化任务要求——目标位置p₁，同时，初始化基于滚动时域控制策略的模糊粒子群优化方法的滚动时域控制步数T、粒子群最大迭代次数K、粒子群数量N、采样时间Δt。