复杂地形环境下无人机实时航路规划研究

123456aa · 发表于 2022-4-11 17:24:50

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自主飞行是无人机未来重要的发展方向之一，而航路规划技术是无人机实现自主飞行的基础。尤其是在复杂地形环境下，由于地形的遮挡和数据链延迟，地面站操作员手动控制无人机躲避障碍是一项非常消耗体力和精力的工作，并且难以满足实时性的要求。因此，本文开展复杂地形环境下航路规划研究，主要为静态复杂地形环境下和面向机动目标情形的航路规划提供可行方案。在已知复杂地形环境中，提出了一种改进的流函数法进行航路规划。流函数法具有规划速度快、路径平滑的优点，本文在其基础上通过移动目标点的方法解决障碍重叠情形下的穿越题目，设置虚拟障碍的方法解决停滞点题目，改进后的算法更适于复杂地形条件下的航路规划。考虑无人机的最小步长和最小转弯半径，设计航路平滑算法，进一步平滑航路，使其满足无人机机动约束。针对跟踪运动目标的情形，将滚动窗口法和流函数法相结合，实时地为无人机规划航路。根据无人机探测半径选择滚动窗口，在其内部根据机动目标的位置选择一个子目标点，以无人机当前点为起始点，采用改进流函数法进行局部航路规划，然后不断根据机动目标的位置推动窗口向目标滚动，引导无人机跟踪机动目标。其中，滚动窗口的大小会根据当前窗口内探测到的障碍信息在原始半径基础上适当改变，保证相邻窗口之间的航路段连接较平滑。在规划出参考航路的基础上，在纵向进行定速和定高控制，横侧向采用侧偏距控制，设计了航迹跟踪控制器，控制无人机跟踪参考航路。最后，搭建了复杂地形环境下无人机实时航路规划分布式仿真系统，并在此平台上验证算法有效性和视景显示。

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