[发明专利]基于改进自适应调整阈值势场法的无人机冲突探测和解脱方法

说明书

本发明公开了一种基于改进自适应调整阈值势场法的无人机冲突探测和解脱方法，用于解决现有技术中无人机路线规划非动态调整障碍物躲避的范围导致飞行效率低下且安全性较差的问题。本发明利用势场法的及时性，避免采用基于启发函数的算法而由于计算量庞大等问题错过避让时机。同时采用动态避让半径规划，避免传统方法一刀切的设定避让半径，平衡飞行安全及空域利用率。保证无人机可以在安全的情况下少避让，在危险的时候提前采取避让措施。另外，本方法由于其时效性优越，基于不同的避让半径，可以在多障碍物环境下高效稳定的选择出避让实际及角度。

技术领域

本发明涉及一种基于改进自适应调整阈值势场法的无人机冲突探测和解脱方法，属于飞行器路线规划技术领域。

背景技术

随着无人机应用潜力被发掘，无人机近年来在数量和种类上急剧增长。然而空域资源有限，导致无人机遇到冲突的概率也随之增加，所以合理平衡飞行安全及空域运行效率迫在眉睫。为实现这一目的，涌现了很多冲突解脱算法，可以使得无人机躲避飞行过程中的移动障碍物，并在短时间内进行合理避让，避让后回归目标方向，确保飞行安全。在众多无人机冲突解脱算法中，主要分为基于启发函数的解脱算法或基于势场的解脱算法。

基于启发函数的解脱算法以A*，粒子群算法等为主，他们的特点都是以当前位置为基础，将其所有可能到达的下一个位置记录在案作为集合。将集合中的位置分别取出，计算各位置距起点的固定成本与该位置和目标点的启发函数结果之和。选取所有位置的计算结果最小的位置为下一目标位置。由于固定成本计算简单且形式统一，该方法的效果则极大依赖于启发函数的建立，一个不好的函数不仅会增大计算量，增加计算时间，甚至将不好的位置方向作为接下来的位置选择，进而影响无人机的安全。一个缺乏考量的启发式函数虽然也能得到结果，但可能错过最优解，所以出现了另一种基于迭代的A*算法。该方法虽然可以避免错过最优解，但是仍不可避免当函数设计不好时，计算量增大，计算时间增长，甚至由于迭代的原因，会进行大量的重复计算，其时效性及其不好，更适用于理论层面。在现时层面，很可能因为计算时间的原因而无法及时做出决策。基于势场的解脱算法，以引力势场算法为主，势场法有别与启发函数法，其时效性尤其突出，可以及时得出下一运动位置，所有这种方法被广泛应用于对时间敏感的避障等问题。但是传统的势场法常常以经验为依据，一刀切的以固定距离作为势场范围，针对同一个避让模型，无论无人机与障碍物的速度，方向如何，其势场作用域均相同，针对相同距离的不同障碍物，无人机均采取相同避让策略。

由此，空域运行效率被大大牺牲，一些可不进行避让的情况会出现避让行为，增加了无人机的飞行距离，增长了总飞行时间，造成了空域效率下降。由于其时效性快，常规做法以固定时间间隔作为重新计算势场结果的触发条件，时间间隔设置过密，无人机运动轨迹过于曲折，时间间隔设置过疏，无人机可能避让不及时。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于改进自适应调整阈值势场法的无人机冲突探测和解脱方法，用于解决现有技术中无人机路线规划非动态调整障碍物躲避的范围导致飞行效率低下且安全性较差的问题。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于改进自适应调整阈值势场法的无人机冲突探测和解脱方法，包括以下步骤：S100：获取初始避让半径；

S200：建立以无人机为中心的坐标系，获取坐标系中障碍物的标记信息；

S300：根据障碍物的标记信息计算自适应避让半径；

S400：根据各障碍物的自适应避让半径，规划以障碍物为圆心、以自适应避让半径为半径的规划冲突解脱区域；

S500：如无人机进入冲突解脱区域，对有效障碍物计算其危险半径，有效障碍物为无人机进入冲突解脱区域内的障碍物；

S600：根据无人机最小转弯半径、有效障碍物危险半径以及飞行方向规划可飞行区域；S700：根据障碍物危险半径以及障碍物运动方向规划扩充危险区；