[发明专利]一种复杂环境下的翼伞组合式航迹规划方法

说明书

本发明公开了一种复杂环境下的翼伞组合式航迹规划方法，将翼伞空投区域分为有障碍物存在的障碍区和以目标点为圆心且空旷平坦的圆形着陆区；在障碍区内采用快速搜索随机树路径规划算法快速搜索可行轨迹，搜索的终止条件是路径延伸到的位置与目标着陆点之间的水平距离小于或等于圆形着陆区域的半径，在障碍区内仅考虑避障任务；将障碍区内的航迹搜索的终止状态作为圆形着陆区内航迹规划的初始状态，在圆形着陆区内采用分段归航的规划设计完成翼伞高度控制和逆风对准任务。本发明将翼伞在复杂环境下航迹规划需要满足的避障和其他要求分为两个阶段处理，同时又能满足两个航迹规划阶段的顺利衔接，实现了复杂环境下的翼伞航迹规划。

技术领域

本发明属于路径规划领域，特别涉及了一种翼伞航迹规划方法。

背景技术

翼伞定点空投是一种应用愈加广泛的物资投送方式，航迹规划是实现翼伞定点空投的前提。传统的翼伞航迹规划方法主要有分段航迹规划和最优控制航迹规划方式。然而这两种航迹规划方式均是在空投区域足够空旷平坦的条件下进行的，若空投环境较为复杂，例如存在高山或者高大建筑物阻挡，则传统分段航迹规划和最优控制航迹规划方法均不再适用。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种复杂环境下的翼伞组合式航迹规划方法，解决空投区域内有障碍物，传统翼伞航迹规划方法不再适用的问题。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种复杂环境下的翼伞组合式航迹规划方法，将翼伞空投区域分为有障碍物存在的障碍区和以目标着陆点为圆心且空旷平坦的圆形着陆区；在障碍区内采用快速搜索随机树路径规划算法快速搜索可行轨迹，搜索的终止条件是路径延伸到的位置与目标着陆点之间的水平距离小于或等于圆形着陆区域的半径，在障碍区内仅考虑避障任务；将障碍区内的航迹搜索的终止状态作为圆形着陆区内航迹规划的初始状态，在圆形着陆区内采用分段归航的方式设计航迹，在圆形着陆区内完成翼伞高度控制和逆风对准任务。

进一步地，在障碍区内采用快速搜索随机树路径规划算法快速搜索可行轨迹的方法如下：

记样点P_i的坐标为(x_i,y_i)，邻节点P_j的坐标为(x_j,y_j,z_j)，则新节点P_j+1的位置(x_j+1,y_j+1,z_j+1)按下式进行更新：

上式中，Step为搜索步长，k为翼伞滑翔比，θ_j+1为新节点的搜索方向，其计算式如下：

新节点是否可行的判断依据如下：

f(x,y)-z＜0,(x,y,z)∈L

上式中，f(x,y)为空投区域地形的函数表达式，(x,y,z)为翼伞在大地坐标系下的位置，L为线段P_jP_j+1上所有点构成的集合。

进一步地，增设安全距离d，将新节点是否可行的判断依据修改为：

f(x,y)-z＜d,(x,y,z)∈L。

进一步地，对于所述样点的产生，1/2的概率来自随机产生，其余1/2的概率直接将目标着陆点作为样点。

进一步地，设相邻两个节点的搜索方向之差为β，其与搜索步长Step和翼伞转弯半径R之间满足下式：

则：