一种基于Dubins路径和分支限界的无人机航迹实时规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Dubins路径和分支限界的无人机航迹实时规划方法，属于航迹自主规划技术领域。本发明专利技术将Dubins路径与分支限界算法相结合，用于实时规划平面内无人机避开所有障碍的最短航迹。基于Dubins路径的航迹由于考虑了固定翼无人机的运动学约束，更加符合无人机的飞行特性。同时，本发明专利技术在航迹搜索树的扩展和遍历过程中，使用分支限界算法，既降低了存储消耗，又提升了航迹搜索树的遍历速度。相较于传统方法，本发明专利技术对航迹规划问题进行了工程可实现的简化，兼顾了航迹质量与规划速度，工程实用性强。

A Real-time Route Planning Method for UAV Based on Dubins Path and Branch Bound

The invention relates to a real-time route planning method for UAV based on Dubins path and branch bounds, belonging to the technical field of autonomous route planning. The invention combines Dubins path with branch and bound algorithm to plan the shortest path of UAV avoiding all obstacles in the plane in real time. Because the kinematic constraints of fixed-wing UAV are taken into account, the track based on Dubins path is more in line with the flight characteristics of UAV. At the same time, in the process of extending and traversing the track search tree, the branch and bound algorithm is used, which not only reduces the storage consumption, but also improves the traversing speed of the track search tree. Compared with the traditional method, the invention simplifies the track planning problem in engineering, takes into account the track quality and planning speed, and has strong engineering practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Dubins路径和分支限界的无人机航迹实时规划方法1.
本专利技术属于无人机航迹自主规划领域，具体涉及一种固定翼无人机全局航迹的实时规划方法。2.技术背景随着无人机智能化需求提升和硬件处理能力提高，无人机在线航迹规划已经成为大势所趋，必需找到一种可靠性高、实时性强、存储消耗低、工程实用性强的航迹规划算法。现有的无人机航迹规划方法存在两个问题：一是现有航迹规划方法得到的航迹往往由一系列航迹点组成，而无人机受机动能力的限制，在转弯时有一定的转弯半径，这种形式的航迹并不符合无人机的飞行特性，需要后续的轨迹优化；二是无人机航迹规划的复杂性和存储消耗随问题规模呈指数型增长，而无人机机载计算资源有限，现有的航迹规划方法难以实现实时规划，工程实用性较差。3.
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，针对上述问题，本专利技术提供了一种基于Dubins路径和分支限界的无人机航迹实时规划方法。本专利技术所采用的技术方案是：将Dubins路径与分支限界算法结合，用于求解平面内无人机避开所有障碍的最短航迹。在平面内，存在最大曲率限制的情况下，给定起始点和目标点的位置和速度方向，Dubins路径是由起始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Dubins路径和分支限界的无人机航迹实时规划方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：获取无人机飞行任务相关的信息，包括任务区域的数字高程地图，威胁数量和分布范围信息，无人机巡航高度，无人机起始位置和目标位置，无人机最小转弯半径，并对地图进行预处理。步骤2：初始化航迹搜索树，即设置航迹搜索树的根结点。同时按照约定，设定此时的最短可飞航迹的长度为无穷大。步骤3：判断航迹搜索树是否完成了遍历，若完成遍历，则航迹规划结束，结束时，若当前最优可飞航迹仍然为最初设定的长度为无穷大的航迹，则规划失败，否则当前最优可飞航迹就是最终的最优航迹；若未完成遍历，则按照一定的策略从航迹搜索树未遍历过的结点...

【技术特征摘要】
1.一种基于Dubins路径和分支限界的无人机航迹实时规划方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：获取无人机飞行任务相关的信息，包括任务区域的数字高程地图，威胁数量和分布范围信息，无人机巡航高度，无人机起始位置和目标位置，无人机最小转弯半径，并对地图进行预处理。步骤2：初始化航迹搜索树，即设置航迹搜索树的根结点。同时按照约定，设定此时的最短可飞航迹的长度为无穷大。步骤3：判断航迹搜索树是否完成了遍历，若完成遍历，则航迹规划结束，结束时，若当前最优可飞航迹仍然为最初设定的长度为无穷大的航迹，则规划失败，否则当前最优可飞航迹就是最终的最优航迹；若未完成遍历，则按照一定的策略从航迹搜索树未遍历过的结点中选择一个进行处理，实际上未遍历过的结点等价于当前的活结点。步骤4：计算选择的结点所代表的航迹的长度L，判断L与当前最优可飞航迹的长度Lmin的大小关系。若L小于Lmin，则执行步骤5，否则返回执行步骤3。步骤5：判断选择的结点所代表的航迹是否与障碍有碰撞。若有碰撞，选择其中某个障碍圆或障碍群，进行分支操作，产生绕过要处理的障碍的两条Dubins路径，这两条新航迹对应于航迹搜索树上对当前结点进行扩展得到的两个子结点。然后返回执行步骤3；若没有碰撞，说明该结点所代表航迹绕过了所有障...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昭莹，马朝伟，崔林艳，郭亮，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，四川傲势科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11