專利名稱：風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空優(yōu)化 技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及微型無人飛行器路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
微型無人飛行器作為一種相對低成本的特殊工具在民用和軍用領(lǐng)域越來越受到重視。在一些危險地區(qū)或人類難以涉足的地區(qū)，微型無人飛行器具有很大優(yōu)勢，可以用來偵查重要軍事設(shè)施，監(jiān)視實時災(zāi)害和交通狀況，搜尋和搜救工作等。微型無人飛行器由于體積小，重量輕，有效載荷小，使得機(jī)載計算機(jī)的計算能力和傳感器性能受到限制。計算能力的限制要求微型無人飛行器中算法的計算量要小，傳感器的性能限制了偵查空間的有效范圍，因此，針對微型無人飛行器設(shè)計一種高效實時的路徑規(guī)劃算法對實際應(yīng)用有重要意義。由于傳感器性能的限制，微型無人飛行器通常工作在低空區(qū)域，需要規(guī)避建筑物和樹木等障礙物，同時，由于微型無人飛行器重量輕，飛行路徑極易受到風(fēng)場的影響，這使得其路徑規(guī)劃更加具有挑戰(zhàn)性。但現(xiàn)有技術(shù)中，針對低空的微型無人飛行器的路徑規(guī)劃，面臨著計算能力、傳感器性能有限，并且易受風(fēng)場影響等實際問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有低空微型無人飛行器在路徑規(guī)劃中面臨的計算能力、傳感器性能有限和易受風(fēng)場影響等實際問題，提供了一種風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，利用小波變換進(jìn)行環(huán)境區(qū)域網(wǎng)格的多層次分解，從而設(shè)計了一種適合低空飛行的微型無人飛行器在線路徑規(guī)劃方法，提高了在線規(guī)劃的效率和魯棒性。本發(fā)明提出的一種風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，通過如下步驟來實現(xiàn)步驟I :獲取飛行器路徑規(guī)劃所需要的環(huán)境區(qū)域。步驟2 :選取哈爾(Haar)小波變換基函數(shù)，構(gòu)建二維空間的Haar小波基函數(shù)，并得到用二維空間的小波變換基函數(shù)對二元函數(shù)近似逼近的函數(shù)。步驟3 :考慮飛行器與障礙物之間的距離、風(fēng)場的強(qiáng)度、以及風(fēng)場的梯度三種因素的影響，構(gòu)建飛行環(huán)境代價函數(shù)。步驟4 :利用Haar小波網(wǎng)格分解法重構(gòu)多分辨率飛行環(huán)境代價函數(shù)。步驟5 :確定各網(wǎng)格單元的飛行環(huán)境代價函數(shù)值，將環(huán)境區(qū)域根據(jù)障礙物與非障礙物的表示值，以及飛行環(huán)境代價函數(shù)值生成環(huán)境加權(quán)圖，將多分辨率路徑規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為圖的搜索問題。步驟6 :基于A*或Dijkstra搜索方法尋找最優(yōu)路徑。所述步驟I中獲取微型無人飛行器路徑規(guī)劃所需要的環(huán)境區(qū)域由如下步驟完成步驟I. I :將飛行器所處的三維環(huán)境空間區(qū)域，從高度方向上分解為不同層次的二維歐氏空間，所得到的二維歐氏空間就是所需要的環(huán)境區(qū)域；
步驟I. 2 :將得到的二維歐氏空間根據(jù)地形高程和飛行器可飛行高度，劃分為障礙區(qū)和非障礙區(qū)，并確定飛行器的初始位置和目標(biāo)位置；對原始數(shù)字地形高程圖中第i點(diǎn)位置Xi表示如下
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，其特征在于，本方法包括如下步驟 步驟I:獲取飛行器路徑規(guī)劃所需要的環(huán)境區(qū)域；具體本步驟包括如下步驟 步驟1.1:將飛行器所處的三維環(huán)境空間區(qū)域，從高度方向上分解為不同層次的二維歐氏空間，所得到的二維歐氏空間就是所需要的環(huán)境區(qū)域； 步驟I. 2 :將得到的二維歐氏空間根據(jù)地形高程和飛行器可飛行高度，劃分為障礙區(qū)和非障礙區(qū)，并確定飛行器的初始位置和目標(biāo)位置；對原始數(shù)字地形高程圖中第i點(diǎn)位置Xi的劃分如下
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述的步驟I. 3中所述的進(jìn)行網(wǎng)格劃分，能分解的最精細(xì)網(wǎng)格為2NX2N，原始數(shù)字地形高程圖的最高分辨等級Jfflax決定了能達(dá)到的最精細(xì)網(wǎng)格，環(huán)境區(qū)域表示的最高分辨率等級受最精細(xì)網(wǎng)格劃分的限制，Jfflax小于等于N。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述的步驟2具體實現(xiàn)方法為 步驟2. I :選取一維空間的Haar基本小波，將Haar基本小波通過伸縮和平移操作得到一組形狀相似的小波，得到一維空間的Haar小波基函數(shù)
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟3中所述的飛行器與障礙物之間的距離因素對飛行環(huán)境的影響HH1 (X)，采用如下公式表示
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟5中所述的環(huán)境加權(quán)圖，具體是環(huán)境加權(quán)圖中的每個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)一個網(wǎng)格單元，節(jié)點(diǎn)的值表示該處是障礙物還是非障礙物，如果兩個網(wǎng)格單元相鄰，則用相應(yīng)的兩個節(jié)點(diǎn)的邊來表示，邊上的值表示從一個節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個節(jié)點(diǎn)的飛行環(huán)境代價函數(shù)的值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)場影響下微型無人飛行器的多分辨率路徑規(guī)劃方法，該方法有六大步驟步驟一獲取飛行器路徑規(guī)劃所需要的環(huán)境區(qū)域；步驟二選取小波變換的基函數(shù)；步驟三構(gòu)建風(fēng)場影響下的飛行環(huán)境代價函數(shù)；步驟四利用Haar小波網(wǎng)格分解法重構(gòu)多分辨率飛行環(huán)境代價函數(shù)；步驟五利用多分辨率環(huán)境代價函數(shù)值生成環(huán)境加權(quán)圖；步驟六尋找最優(yōu)路徑。本發(fā)明方法在確定環(huán)境區(qū)域不同分辨率等級過程中考慮了機(jī)載計算機(jī)的計算能力、傳感器的探測范圍、障礙物的分布、風(fēng)場的分布及強(qiáng)度等因素，提高了路徑規(guī)劃的效率，且該方法簡單可靠實用，適合于風(fēng)場影響下的低空微型無人飛行器在線路徑規(guī)劃。
文檔編號G06Q10/04GK102622653SQ20121004657
公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者王江云, 韓亮, 高棟棟, 龔光紅 申請人:北京航空航天大學(xué)