一种基于改进势场RRT算法的三维航迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进势场RRT算法的三维航迹规划方法，以RRT算法为基础，将人工势场值加入到节点拓展过程中，对目标位置设置引力场，引导节点的拓展方向，加快算法的搜索速度，对障碍物设置斥力场，使航迹与障碍物保持安全距离，通过节点的不断拓展，得到初始航迹。然后通过视线算法判断是否存在冗余节点，通过删减冗余节点使航迹更加平滑且安全，最终得到改进势场RRT算法，将算法应用到三维地图中，为无人机规划出三维航迹。无人机规划出三维航迹。无人机规划出三维航迹。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进势场RRT算法的三维航迹规划方法


[0001]本专利技术属于无人机领域，具体涉及一种基于改进势场RRT算法的三维航迹规划方法。

技术介绍

[0002]快速拓展随机树(Rapidly
‑
exploring Random Trees，RRT)算法是一种基于采样的搜索算法，该算法将起始位置设为根节点，然后按照一定的规则在地图中进行采样，得到叶子节点，通过不断采样，构成随机树，当采样点距离目标位置足够近时，搜索完成。RRT算法是一种完全随机的算法，缺乏方向性，在障碍物较多的地图中表现不佳。人工势场法将虚拟势场概念加入到地图中，为障碍物设置斥力场，使航迹与障碍物保持安全距离，为目标位置设置引力场，引导航迹搜索方向，无人机沿合力方向运动，直至到达目标点。人工势场法方向性强，规划速度快，但是存在易陷入局部极值的问题。
[0003]随着无人机技术的快速发展，无人机功能越来越全面，智能化程度越来越高，而航迹规划技术是无人机智能化进程的重要组成部分。无人机航迹规划是指在满足本身物理条件等限制的前提下，为无人机规划出一系列连续的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进势场RRT算法的三维航迹规划方法，其特征在于，在三维环境中，利用无人机探索障碍物，构建三维地图，三维地图建立后，在地图中进行航迹搜索，包括以下步骤：步骤1，设定采样点数目Samples，起始位置和目标位置，将起始位置设为树的根节点，转入步骤2；步骤2，通过采样产生一个随机点x
random
，在树上搜索到与x
random
最近的节点x
nearest
，再根据步长规则生成新的节点x
rand
，转入步骤3；步骤3，判断x
rand
是否在可通行区域，然后判断x
rand
的人工势场值是否大于一个随机的值，当两个判断条件都为是时，则保留x
rand
，转入步骤4；否则舍弃x
rand
，返回至步骤2；步骤4，连接x
rand
与x
nearest
，将x
nearest
设置为x
rand
的父节点x
parent
，计算出x
parent
作为父节点时x
rand
的航迹代价，设为原航迹的代价，该航迹代价为起始位置至x
rand
的已飞距离，转入步骤5；步骤5，以x
rand
为中心，r
c
为半径画圆，在圆范围内的树上搜索节点，将它们作为潜在的父节点，并构成潜在的父节点集合X
potential_parent
，用于更新x
rand
的父节点，判断是否有航迹代价小于原航迹代价的父节点，转入步骤6；步骤6，从X
potential_parent
中任意选择一个潜在的父节点x
potential_parent
，将x
potential_parent
与x
child
连接起来，x
child
＝x
rand
，计算这条航迹的代价；判断新的这条航迹的代价是否小于原航迹的代价，然后判断连通检测是否通过，当两个判断条件结果皆为是时，则删除原连接线，将x
potential_parent
设为x
rand
的父节点，添加新连接线，转入步骤7；否则，x
potential_parent
不能作为新的父节点，转入步骤7；步骤7，判断是否搜索完所有潜在父节点，若是，则转入步骤8；否则，返回至步骤6；步骤8，判断总采样点数是否等于Samples，若是，则依据父节点关系，从目标位置开始回溯得到初始航迹节点，转入步骤9；否则，返回至步骤2；步骤9，利用视线算法对初始航迹节点进行优化，得到优化后的航迹，最后输出最终航迹。2.根据权利要求1所述基于改进势场RRT算法的三维航迹规划方法，其特征在于，所述步骤2中的步长规则如下：式中，|x
random
‑
x
nearest
|为向量的模。3.根据权利要求1所述基于改进势场RRT算法的三维航迹规划方法，其特征在于，所述步骤3中，判断x
rand
是否在可通行区域，然后判...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁梦顺，徐富元，程宇峰，王欢，吴远航，尚祖月，
申请(专利权)人：中国航天科工集团八五一一研究所，
类型：发明
国别省市：