[发明专利]一种小型固定翼无人机地形突防规划方法

说明书

本发明提供了一种小型固定翼无人机地形突防规划方法，基于数字地图的高程数据，构建与无人机机动性能相匹配的地形威胁模型；采用基于A^*算法改进的航路规划方法，生成初始航路；为提升航路可飞行，删除冗余航点，生成优化航路。本发明能够在复杂地形环境下使用，生成的航路飞行效率高、安全性好，工程化程度高，能够有力支撑无人机小型固定翼无人机完成地形突防。本发明在构建地形威胁模型的基础上，采用改进的A^*算法生成航路并进行优化，以提升地形突防的飞行效率和安全性。

技术领域

本发明涉及无人机任务控制技术领域，尤其是一种无人机地形突防规划方法。

背景技术

小型固定翼无人机因其巡航速度快、使用成本低，在各种环境下被广泛使用。在高原、山地等复杂地形环境下，小型固定翼无人机常被用于前突侦察，为后方的直升机、地面车辆或人员提供前方态势。传统上，操作员在小型固定翼无人机起飞前，依据粗略地形为无人机加载预设航路，在无人机飞行过程中实时操控调整，以避免与威胁地形相撞。这种方法航路安全性低，人员操作负担重。有人对地形进行复杂的滤波，处理为平滑的威胁曲面，存在较大失真，且此过程中未考虑无人机的机动性能，实际飞行时会出现无人机转弯过程中撞山的危险。有人以地形跟随为目的，设计了三维曲线航路，但计算量大，航路难以被无人机跟随，工程化实施困难。有人引入了遗传算法、模拟退火算法进行航路的求解，但此类算法在嵌入式环境下运行缓慢，耗时几秒甚至几十秒，且存在无解的可能，不适用于无人机在线规划。由于计算资源和机动性能受限，尚未看到小型固定翼无人机实施地形突防的成功工程案例。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小型固定翼无人机地形突防规划方法，属于无人机任务控制技术领域，用以解决小型固定翼无人机复杂地形环境下计算效率低、安全性不高问题。本发明基于数字地图的高程数据，构建与无人机机动性能相匹配的地形威胁模型；考虑飞行效率和安全性，采用基于A^*算法改进的航路规划方法，生成初始航路；为提升航路可飞行，删除冗余航点，生成优化航路。相较于传统的无人机威胁规避规划问题，本发明能够在复杂地形环境下使用，生成的航路飞行效率高、安全性好，工程化程度高，能够有力支撑无人机小型固定翼无人机完成地形突防。本发明在构建地形威胁模型的基础上，采用改进的A^*算法生成航路并进行优化，以提升地形突防的飞行效率和安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案采用如下步骤：

步骤(一)基于数字地图的高程数据，构建与无人机机动性能相匹配的地形威胁模型；

突防区域的数字地图的高程数据的行数为n_row，列数为n_col，每个高程数据点内容包括坐标(u,v)和高度H_u,v，其中u为行坐标，1≤u≤n_row；v为列坐标，1≤v≤n_col，高程数据行之间的距离为t_V，列之间的距离为t_H；

小型固定翼无人机飞行高度为H₀，进行地形突防的起始点坐标为(u_S,v_S)，终点坐标为(u_E,v_E)，可用最小转弯半径为R；

每个高程点对应一个威胁栅格点，一个威胁栅格点包括坐标(u,v)和威胁度T_u,v，威胁栅格的坐标与高程数据一致，根据每个高程数据点的高度H_u,v生成威胁度T_u,v；

步骤(二)考虑飞行效率和安全性，采用基于A*算法改进的航路规划方法，生成初始航路；