一种基于定位误差校正的无人机航迹规划方法技术

本发明专利技术属于无人机航迹规划技术领域，公开了一种基于定位误差校正的无人机航迹规划方法，采用数学建模思想，最优化方法理论，针对现有技术存在的问题，将航迹规划问题形式化为一个以航迹长度、校正次数为优化目标，定位误差阈值为约束条件的多目标优化问题。该优化问题考虑无人机飞行环境动态变化对航迹规划所带来的影响，并在保证定位误差得到有效校正的前提下优化航迹长度。同时本发明专利技术采用A

【技术实现步骤摘要】
一种基于定位误差校正的无人机航迹规划方法
本专利技术属于无人机航迹规划
，尤其涉及一种基于定位误差校正的无人机航迹规划方法。
技术介绍
随着计算机、通信技术、自动化控制技术的进步，近年来无人机发展迅速。无人机具有适应性强，灵活便携等优势，在一定程度上可以替代有人作业，以更高的效率和更低的成本完成工作任务，对军用和民用领域都有重要影响。无人机的航迹规划就是根据任务目标搜索出一条从源点到目标点的飞行航迹，是无人机任务规划问题中的核心技术。现有技术一提出了基于几何图形的航迹规划方法，在静态环境下解决了无人机行进中的初始点方向问题，该技术对环境地图信息进行几何建模从而规划路径，可获取较优的无人机航迹规划路线。但该方法没有考虑定位误差对无人机航迹规划的影响，在实际的无人机飞行过程中，定位误差是会逐渐累积的，一旦超过定位误差阈值则可能会导致无人机偏离预定轨迹，从而影响预期任务目标的实现。。现有技术二提出了一种基于动态切点调整的无人机航迹规划方法，通过对无人机航迹规划区域进行研究，构建校正点选择策略，并基于校正点选择策略本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于定位误差校正的无人机航迹规划方法，其特征在于，所述基于定位误差校正的无人机航迹规划方法将信息传输问题形式化为一个以航迹长度、校正次数为优化目标，定位误差阈值为约束条件的多目标优化问题，该优化问题考虑无人机飞行环境动态变化对航迹规划所带来的影响，并在保证定位误差得到有效校正的前提下优化航迹长度，同时采用A

【技术特征摘要】
1.一种基于定位误差校正的无人机航迹规划方法，其特征在于，所述基于定位误差校正的无人机航迹规划方法将信息传输问题形式化为一个以航迹长度、校正次数为优化目标，定位误差阈值为约束条件的多目标优化问题，该优化问题考虑无人机飞行环境动态变化对航迹规划所带来的影响，并在保证定位误差得到有效校正的前提下优化航迹长度，同时采用A*算法与Q-learning方法来对模型进行求解与误差校正。


2.如权利要求1所述的基于定位误差校正的无人机航迹规划方法，其特征在于，所述基于定位误差校正的无人机航迹规划方法包括以下步骤：
第一步，构建由1个出发点A、1个目的地B、R个水平校正点、L个垂直校正点组成的无人机航迹规划区域；
第二步，基于无人机航迹规划区域，构建航迹规划模型；
第三步，基于航迹规划模型，构建航迹规划方案；
第四步，基于航迹规划方案，构建基于定位误差校正的无人机航迹规划方法。


3.如权利要求2所述的基于定位误差校正的无人机航迹规划方法，其特征在于，所述第一步构建由1个出发点A、1个目的地B、R个水平校正点、L个垂直校正点组成的无人机航迹规划区域具体包括：
(1)构建包含2+R+L点的无人机航迹规划区域，无人机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，无人机每飞行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，到达目的点时垂直误差和水平误差均应小于θ个单位，当垂直误差和水平误差均小于θ个单位时，无人机仍能够按照规划航迹飞行；
(2)无人机在飞行过程中需要对定位误差进行校正，航迹规划区域内存在校正点可用于误差校正，当无人机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，校正垂直和水平误差的位置可根据地形在航迹规划前确定，若垂直误差、水平误差都能得到及时校正，则无人机可以按照预定航线飞行，并通过若干个校正点进行误差校正后最终到达目的地；
(3)无人机在出发点的垂直和水平误差均为0，在垂直误差校正点进行垂直误差校正后，其垂直误差将变为0，水平误差保持不变，在水平误差校正点进行水平误差校正后，其水平误差将变为0，垂直误差保持不变；
(4)当无人机的垂直误差不大于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)当无人机的垂直误差不大于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)无人机在部分校正点进行误差校正时存在无法达到理想校正的情况，在该校正点将某个误差校正为0的概率为P，如果校正失败，则校正后的剩余误差为min(error，5)个单位，无人机到达该校正点时即可知道在该点处是否能够校正成功，但不论校正成功与否，均不能改变规划路径。


4.如权利要求2所述的基于定位误差校正的无人机航迹规划方法，其特征在于，所述第二步基于无人机航迹规划区域，构建航迹规划模型具体包括：
(1)构建航迹规划模型目标函数：
根据两点间距离公式，Ni点与Nj点间的直线距离可由下式进行计算：



其中，Ni和Nj为所述第一步无人机航迹规划区域内的任意两点，为点Ni的x、y、z轴的坐标，为点Nj的x、y、z轴的坐标；
无人机由A点飞至B点，将经过n个校正点(Ni,...,Nk)，因此点A到点B之间的航迹长度是多个校正点之间的直线距离累加，可表示为：



基于所述第一步中(6)可知，所述第一步航迹规划区域内的校正点可能无法实现理想校正，成功校正概率为P，因此本发明将校正点分为2类，如下所示：



其中，pi为校正成功的概率；
到达终点的概率PA,B可以表示为：
PA,B＝Πp1p2...pi
本发明将无人机航迹规划问题形式化为一个以航迹长度、校正次数为优化目标，定位误差阈值为约束条件的多目标优化问题，因此其目标函数可表示为：



(2)构建航迹规划模型约束条件：
基于所述第一步中(1)可知，无人机到达B点时的垂直/水平误差应满足以下条件：



基于所述第一步中(3)可知，无人机在A点时的垂直/水平误差为：



基于所述第一步中(1)、(4)、(5)可知,与两点间垂直/水平误差之间的关系应满足以下条件：



基于所述第一步中(4)可知，当Ni为垂直误差校正点时，经Ni校正后的垂直/水平误差为：

(假设Ni为垂直校正点)
基于所述第一步中(5)可知，当Ni为垂直误差校正点时，需满足以下关系才能进行垂直校正：

(假设Ni为垂直校正点)
基于所述第一步中(4)、(5)可知，当Nj为垂直误差校正点时，经Nj校正后的垂直/水平误差为：

(假设Nj为水平校正点)
基于所述第一步中(4)、(5)可知，当Nj为水平误差校正点时，需满足以下关系才能进行水平校正：

(假设Nj为水平校正点)
基于所述第一步中(6)可知，当Ni为垂直误差校正点，并且Ni＝1时，经Ni校正后的垂直/水平误差为：

(Ni＝1&假设Ni为垂直校正点)
当Ni为垂直误差校正点，并且Ni＝0时，经Ni校正后的垂直/水平误差为：

(Ni＝0&假设Ni为垂直校正点)
当Nj为垂直误差校正点时，并且Nj＝1时，经Nj校正后的垂直/水平误差为：

(Nj＝1&假设Nj为水平校正点)
当Nj为垂直误差校正点时，并且Nj＝1时，经Nj校正后的垂直/水平误差为：

(Nj＝0&假设Nj为水平校正...

【专利技术属性】
技术研发人员：张若南，何亦昕，蒋毅，翟道森，唐晓，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61