基于误差校正点的无人机室内航迹规划装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的基于误差校正点的无人机室内航迹规划装置及方法，在空间中通过激光束相交，随机布置水平校正点和垂直校正点，通过分析单步约束和双步约束条件所获得的阈值约束规则，修改Dijstra算法中的带权邻接矩阵，选取最优校正点集，从而实现智能飞行器在传统导航方法失能等复杂环境下的最优飞行路径规划。该方法约束条件少，不需拟定复杂预设航线，无人机即可根据空间中的预设校正点实现从起点到终点的飞行任务，解决智能飞行器在系统定位精度限制下的航迹快速规划问题。

【技术实现步骤摘要】
基于误差校正点的无人机室内航迹规划装置及方法
本专利技术属于无人机导航与控制
，特别涉及一种基于误差校正点的无人机室内航迹规划装置及方法。
技术介绍
在室外开阔地带，由于GNSS的存在，无人机导航问题较容易解决。但当无人机在某些密闭场合完成任务时，会出现GNSS信号断点甚至无法被捕捉等情况。复杂未知环境下航迹快速规划是智能飞行器控制领域的一个重要课题，由于GNSS的缺失，飞行器无法依据自身定位系统进行精准定位，一旦定位误差累积到一定程度就可能导致任务失败。因此，在飞行过程中对定位误差进行及时校正是智能飞行器航迹规划中的一项重要任务。基于上述问题，有必要设计一种封闭环境的航迹规划方法。
技术实现思路
针对在封闭空间，飞行器无法进行精确定位的问题，本专利技术提供一种基于误差校正点的无人机室内航迹规划装置及方法，解决智能飞行器在系统定位精度限制下的航迹快速规划问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法，在封闭空间中随机布置水平校正点和垂直校正点，并设定航迹约束条件，然后根据约束条件建立航迹单步约束和航迹双步约束获得阈值，根据阈值设置Dijstra算法中的带权邻接矩阵并进行求解，得到最优航迹。该基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法，包括以下步骤：步骤1、建立航迹约束条件；步骤2、基于航迹约束条件建立航迹单步约束，单步约束为飞行器在第k段产生的水平和垂直误差的最大值；步骤3、基于航迹约束条件，设定航迹规划路径交替经过垂直误差校正点和水平误差校正点，根据飞行器交替经过相邻两个校正点的过程建立双步约束，双步约束为相邻两段航迹的总垂直误差最大值，以及相邻两段航迹的总水平误差的最大值；步骤4、根据Dijstra算法的带权邻接矩阵R，并结合水平误差值和垂直误差值设定单步约束的阈值T1；步骤5、根据单步约束和双步约束调整阈值T1，得到调整后的阈值T2；步骤6、根据调整后阈值T2设定Dijstra算法中带权邻接矩阵R中元素的值并进行解算，得到最优航迹。优选的，步骤1所述航迹约束条件如下：一、设飞行器出发地点的垂直和水平误差均为0；二、飞行器在垂直误差校正点或水平误差校正点进行校正，校正后的垂直误差或水平误差变为0，未校正的垂直误差或水平误差保持不变；三、当飞行器的垂直误差不大于α1，水平误差不大于α2时，进行垂直误差校正；四、当飞行器的垂直误差不大于β1个单位，水平误差不大于β2个单位时，进行水平误差校正。优选的，步骤2所述航迹单步约束的表达式如下：v(k)<min{α1,β1,α2,β2},l(k)<min{α1,β1,α2,β2}其中，v(k)表示第k段航迹产生的垂直误差；l(k)表示第k段航迹产生的水平误差。优选的，步骤3所述航迹双步约束的表达式如下：l(k-1)+l(k)<min{α1,β1,α2,β2}+max{α2,β2}-min{α1,β1,α2,β2}＝max{α2,β2},k＝2，3，…，nv(k-1)+v(k)<min{α1,β1,α2,β2}+max{α1,β1}-min{α1,β1,α2,β2}＝max{α1,β1},k＝3，4，…，n优选的，步骤4所述阈值T1的表达式如下：T1＝max{α1,α2,β1,β2}优选的，步骤5所述调整后的阈值T2的表达式如下：T2＝min{θ/2，T1}其中，θ为飞行器到达终点时垂直误差和水平误差的最大误差值。优选的，步骤6中设定带权邻接矩阵R中元素的方法如下：当两校正点间的距离大于阈值T2时，将带权邻接矩阵R的(i,j)元素设置为inf；当两校正点的距离小于阈值T2时，将带权邻接矩阵R的(i,j)元素设置为两点间的距离；然后采用Dijstra算法进行解算，得到最优校正点集，依次连接得到最优航迹。一种航迹规划装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法，只需在空间中通过激光束相交，随机布置水平校正点和垂直校正点，通过分析单步约束和双步约束条件所获得的阈值约束规则，修改Dijstra算法中的带权邻接矩阵，选取最优校正点集，从而实现智能飞行器在传统导航方法失能等复杂环境下的最优飞行路径规划。该方法约束条件少，不需拟定复杂预设航线，无人机即可根据空间中的预设校正点实现从起点到终点的飞行任务，解决智能飞行器在系统定位精度限制下的航迹快速规划问题。附图说明图1为本专利技术方法的流程图；图2为本专利技术在封闭区域中起点、终点和随机分布校正点示意图；图3为本专利技术单步约束条件示意图；图4为本专利技术双步约束条件前提示意图；图5为本专利技术数据集下最优航迹规划示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。参阅图1-5，一种基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法，包括以下步骤：步骤1、建立航迹约束条件，具体如下:飞行器在空间飞行过程中需要实时定位，其定位误差包括垂直误差和水平误差。飞行器每飞行1m，垂直误差和水平误差将各增加δ个专用单位,，以下简称单位。到达终点时垂直误差和水平误差均应小于θ个单位，假设当垂直误差和水平误差均小于θ个单位时，飞行器仍能够按照规划路径飞行。飞行器在飞行过程中需要对定位误差进行校正。飞行区域中存在一些安全位置(称之为校正点)可用于误差校正，通过激光束相交，随机布置水平校正点和垂直校正点，当飞行器到达校正点即能够根据该位置的误差校正类型进行误差校正。若垂直误差、水平误差都能得到及时校正，则飞行器可以按照预定航线飞行，通过若干个校正点进行误差校正后最终到达目的地。约束条件如下：1、设飞行器下出发地A点的垂直和水平误差均为0。2、飞行器在垂直误差校正点进行校正后，其垂直误差将变为0，水平误差保持不变。3、飞行器在水平误差校正点进行校正后，其水平误差将变为0，垂直误差保持不变。4当飞行器的垂直误差不大于α1个单位，水平误差不大于α2个单位时才能进行垂直误差校正。5当飞行器的垂直误差不大于β1个单位，水平误差不大于β2个单位时才能进行水平误差校正。6无人机类别不同，则α1α2β1β2具体数值不同，通过前期试验，α1α2β1β2经验值已知，空间中垂直校正点和水平校正点个数相等且已知，校正点分布方式为空间随机分布。步骤2、参阅图3，基于上述约束条件建立航迹单步约束，单步约束即表示飞行器在第k段产生的水平和垂直误差都不能超过{α1,β1,α2,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法，其特征在于，在封闭空间中随机布置水平校正点和垂直校正点，并设定航迹约束条件，然后根据约束条件建立航迹单步约束和航迹双步约束获得阈值，根据阈值设置Dijstra算法中的带权邻接矩阵并进行求解，得到最优航迹。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法，其特征在于，在封闭空间中随机布置水平校正点和垂直校正点，并设定航迹约束条件，然后根据约束条件建立航迹单步约束和航迹双步约束获得阈值，根据阈值设置Dijstra算法中的带权邻接矩阵并进行求解，得到最优航迹。


2.根据权利要求1所述的一种基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立航迹约束条件；
步骤2、基于航迹约束条件建立航迹单步约束，单步约束为飞行器在第k段产生的水平和垂直误差的最大值；
步骤3、基于航迹约束条件，设定航迹规划路径交替经过垂直误差校正点和水平误差校正点，根据飞行器交替经过相邻两个校正点的过程建立双步约束，双步约束为相邻两段航迹的总垂直误差最大值，以及相邻两段航迹的总水平误差的最大值；
步骤4、根据Dijstra算法的带权邻接矩阵R，并结合水平误差值和垂直误差值设定单步约束的阈值T1；
步骤5、根据单步约束和双步约束调整阈值T1，得到调整后的阈值T2；
步骤6、根据调整后阈值T2设定Dijstra算法中带权邻接矩阵R中元素的值并进行解算，得到最优航迹。


3.根据权利要求2所述的一种基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法，其特征在于，步骤1所述航迹约束条件如下：
一、设飞行器出发地点的垂直和水平误差均为0；
二、飞行器在垂直误差校正点或水平误差校正点进行校正，校正后的垂直误差或水平误差变为0，未校正的垂直误差或水平误差保持不变；
三、当飞行器的垂直误差不大于α1，水平误差不大于α2时，进行垂直误差校正；
四、当飞行器的垂直误差不大于β1个单位，水平误差不大于β2个单位时，进行水平误差校正。


4.根据权利要求3所述的一种基于误差校正点的无人机室内航迹规划方法，其特征在于，步骤2所述航迹单步约束的表达式如下：
v(k)<min{α1,β1,α2,β2}...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贞报，马腾，江飞鸿，严月浩，张军红，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61