[发明专利]一种基于空间几何特征的无人机航迹规划方法

摘要

本发明涉及一种基于空间几何特征的无人机航迹规划方法，首先通过对无人机的行为数据进行分析，对无人机的飞行条件及飞行环境进行分析，获得无人机的规划空间；随后通过对无人机行为的约束条件的描述，确定无人机的飞行限制函数，根据相应的环境约束及无人机自身飞行限制，给出最优目标函数，并通过空间几何特征，找到无人机的最优航迹。本发明具有如下特点：利用无人机的飞行限制和环境约束条件，能够将无人机的航迹规划问题形式化为空间几何特征；利用无人机的空间几何特征计算，针对不同飞行限制和环境约束条件下，能够给出无人机的最优航迹规划方法。

主权项

1.一种基于空间几何特征的无人机航迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定无人机的航迹规划空间C，无人机初始坐标为c₁＝(x₁，y₁，z₁)，无人机目标坐标为c_n＝(x_n，y_n，z_n)，无人机第i个采样点坐标c_i＝(x_i，y_i，z_i)，i＝{1，2，…，n｝，障碍区域为以(x_r，y_r，z_r)为中心点，以r为半径的球限定无人机的飞行高度区间为[z_r‑r，z_r+r]，进入步骤2；步骤2、获得无人机航迹Path表达形式，如式(1)所示，进入步骤3：Path＝{(c₁，c₂)，…，(c_n‑1，c_n)}    (1)步骤3、获得约束条件，如式(2)及式(3)所示，进入步骤4：z_r‑r≤z_i≤z_r+r，i＝{1，2，…，n}    (3)步骤4、获得确定航迹的目标函数P，如式(4)所示，进入步骤5：式(4)中，表示与c_i‑1与c_i之间的距离；步骤5、若z₁＝z_n，将3维空间映射到2维空间，如果(x_r，y_r，z_r)到直线(y₁‑y_n)x‑(x₁‑x_n)y+(x₁y_n‑x_ny₁)＝0的距离大于r，那么连接(x₁，y₁，z₁)到(x_n，y_n，z_n)的直线就是最优路径，算法终止；否则，(x_r，y_r，z_r)到直线(y₁‑y_n)x‑(x₁‑x_n)y+(x₁y_n‑x_ny₁)＝0的距离小于等于r，那么执行步骤6；若z₁≠z_n，则执行步骤7步骤6、；在以(x_r，y_r)为中心，以r为半径的圆区域外，任意找到一点(x_j，y_j)，使得满足最小，那么路径{(c₁，c_j)，(c_j，c_n)}即为最优路径，算法终止；步骤7、令(x₁，y₁，z₁)、(x_r，y_r，z_r)、(x_n，y_n，z_n)组成的平面为二维平面C2，在二维平面C2上，执行步骤5，直到找到一个点(x_k，y_k，z_k)，使得路径{(c₁，c_k)，(c_k，c_n)}最小，那么路径{(c₁，c_k)，(c_k，c_n)}即为最优路径，算法终止。