一种针对低空飞行器的自主导航路径规划方法技术

本发明专利技术涉及飞行路径规划领域，且公开了一种针对低空飞行器的自主导航路径规划方法，其包括以下步骤：步骤一、设S是包含障碍物的规划空间，将S递归的划分为不等大的子空间，直到S空间中的所有子空间都为障碍物空间或者自由空间；步骤二、对S中的自由空间按照邻域关系进行距离转化；步骤三、完成距离转化后，从起始空间搜索邻域，建立路径空间，为达到较好的安全性；步骤四，将规划空间拓展到正方体区域内，再递归的进行划分。本发明专利技术改进的快速距离转化法建立在距离转化法的基础上，使用距离和安全参量对算法进行约束，具有传统方法快速、高效的优点，又能有效地生产较优路径，在实际的应用中，通过灵活选用约束参数协调距离和安全参量，能够解决复杂环境中的全局路径规划问题。能够解决复杂环境中的全局路径规划问题。

【技术实现步骤摘要】
一种针对低空飞行器的自主导航路径规划方法
[0001]技术邻域
[0002]本专利技术属于飞行路径规划领域，具体为一种针对低空飞行器的自主导航路径规划方法。

技术介绍

[0003]在路径规划方法中，现在常用的是距离转化法。其是把空间分割成许多等大的子空间，并将子空间分为障碍物子空间和自由子空间，算法首先从目标点所在的子空间开始，按照空间的拓扑关系，给自由子空间赋予一定的距离转化值，以代替子空间之间的实际距离，然后从起始点开始按照距离权值递减的策略进行搜索，以得到最短的子路径空间序列，再用直线连接子路径空间序列的中点得到无碰撞路径。
[0004]距离转化法的优点在于能够支撑多机器人的协调规划，计算任意两个子空间的最短路径和有效规划结果收敛到局部最小值，但是距离转化法的计算量较大，并且会随着规划空间的增大或者划分的子空间缩小而大幅增加。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题：距离转化法的计算量较大，并且会随着规划空间的增大或者划分的子空间缩小而大幅增加。
[0006]技术方案：本专利技术提供了一种针对低空飞行器的自主导航路径规划方法，方法包括以下步骤：步骤一、设S是包含障碍物的规划空间，将S递归的划分为不等大的子空间，直到S空间中的所有子空间都为障碍物空间或者自由空间；步骤二、对S中的自由空间按照邻域关系进行距离转化，将目标空间的距离权值记为0，目标空间的邻接空间权值记为1，权值1空间的邻接空间权值记为2，依次类推，直到起始空间；步骤三、完成距离转化后，从起始空间搜索邻域，建立路径空间，为达到较好的安全性，邻域搜索按以下优先级原则进行：首先，优先选择距离权值小的邻域；其次，距离权值相同，优先选择面积较小的邻域；最后，距离权值、面积均相同，随机选取；步骤四，将规划空间拓展到正方体区域内，再递归的进行划分，并对每个子空间进行八进制编码，使用八叉树表示空间划分、最近公共祖先法进行空间编码，得到从起始点到达目标点的最优空间路径序列。
[0007]进一步地，子空间的八进制编码具体如下：设空间S为规划空间，其中包含障碍物，将S等分为八个子空间S1
‑
S8，对这八个子空间再递归的进行划分，直到满足条件。
[0008]进一步地，满足条件是空间Si不包含任何障碍物，记为自由空间，或者空间Si全为障碍物，记为障碍空间；或者是空间Si达到FROPI所能通过的最小空间，若Si中包含障碍物，记为障碍空间，否则，记为自由空间。
[0009]进一步地，子空间的编码体系如下：前F(1,2,3,4)；后B(5,6,7,8)；左L(1，3，5，7)；右R(2,4,6,8)；上U(1,2,5,6)；下D(3,4,7,8)，其中子空间5为障碍空间，子空间4即包含障碍物也包含自由空间。
[0010]进一步地，对三维平面中的每一个子空间，分别有六个面邻接，八个边邻接和八个
点邻接的邻接空间，每一个子空间由特定的八进制编码表示，其中最后一位编码的数值可以确定子空间在父空间中的位置0，其对应的关系对应为：(1，FLU)，(2，FRU)，(3，FLD)，(4，FRD)，(5，BLU)，(6，BRU)，(7，BLD)，(8，BRD)，即子空间48末尾编码为8。
[0011]进一步地，确定最近公共祖先节点后，按照反射的思想从最近公共祖先节点开始沿八叉树向下移动，移动的路径由上升路径的反向序列和函数REFLECT(I,0)共同确定，则下降过程结束后所指的节点即为节点P的I方向邻域节点。
[0012]进一步地，在下降过程中：一，下降过程中的节点为自由节点，则该节点与P节点互为邻域节点，下降过程结束；二，下降过程中的节点为障碍节点，则P在此方向上没有自由节点邻域，下降过程结束；三，下降结束后的节点仍然存在子节点，算法留待其低层次的邻域节点查找时处理，下降过程结束；四，下降过程中在八叉树中寻找不到节点，则在该方向上没有邻域节点。
[0013]进一步地，从目标节点开始，对节点分别通过距离属性和安全属性计算器邻域的距离参量和安全参量，其中其中，D表示距离参量，Q表示安全参量，S表示距离属性，q表示安全属性，节点i是节点j的邻域节点，并且j不是起始节点，在完成距离和安全转化后，如果起始点的距离参量和安全参量不为无穷大，则算法保证从起始点到目标点至少存在一条连通路径空间序列。
[0014]进一步地，当算法存在连通路径序列时，可以从起始节点开始，按照以下的搜索算法，搜索一条到达目标节点的空间序列：设起始节点编号为s，目标节点标号为g，令i＝s，并设定一个值，满足如果i＝＝g，则已找到一条最优路径，算法结束，否则继续下一步；i的所有邻节点的集合为Neighbor(i)，按如下规则选择节点p，并配置从i指向p的指针其中K为搜索参量令i＝p，继续第二步，算法结束后，即可从起始节点开始按照指针顺序找到到达目标节点的最优路径空间序列，再连接路径空间的中心点即可得到FROPI运动的原始路径，算法中，为控制距离参量和安全参量在搜索策略中所占比重的权值，当的时候，算法搜索到一条最短路径空间，当的时候，算法搜索到一条最安全的路径空间，通过固定不同的值，可以确定在此约束下的最优路径空间。
[0015]技术效果：
[0016]本专利技术改进的快速距离转化法建立在距离转化法的基础上，使用距离和安全参量对算法进行约束，具有传统方法快速、高效的优点，又能有效地生产较优路径，在实际的应用中，通过灵活选用约束参数协调距离和安全参量，能够解决复杂环境中的全局路径规划问题。
附图说明
[0017]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0018]图1为本专利技术的祖先节点判断表ADJ(I,0)示意图；
[0019]图2为本专利技术的下降方向选择REFLECT(I,0)选择示意图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本邻域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本具体实施方式提供的针对低空飞行器的自主导航路径规划方法，如图1和图2所示，方法包括以下步骤：
[0022]步骤一、设S是包含障碍物的规划空间，将S递归的划分为不等大的子空间，直到S空间中的所有子空间都为障碍物空间或者自由空间；
[0023]步骤二、对S中的自由空间按照邻域关系进行距离转化，将目标空间的距离权值记为0，目标空间的邻接空间权值记为1，权值1空间的邻接空间权值记为2，依次类推，直到起始空间；
[0024]步骤三、完成距离转化后，从起始空间搜索邻域，建立路径空间，为达到较好的安全性，邻域搜索按以下优先级原则进行：首先，优先选择距离权值小的邻域；其次，距离权值相同，优先选择面积较小的邻域；最后，距离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对低空飞行器的自主导航路径规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、设S是包含障碍物的规划空间，将S递归的划分为不等大的子空间，直到S空间中的所有子空间都为障碍物空间或者自由空间；步骤二、对S中的自由空间按照邻域关系进行距离转化，将目标空间的距离权值记为0，目标空间的邻接空间权值记为1，权值1空间的邻接空间权值记为2，依次类推，直到起始空间；步骤三、完成距离转化后，从起始空间搜索邻域，建立路径空间，为达到较好的安全性，邻域搜索按以下优先级原则进行：首先，优先选择距离权值小的邻域；其次，距离权值相同，优先选择面积较小的邻域；最后，距离权值、面积均相同，随机选取；步骤四，将规划空间拓展到正方体区域内，再递归的进行划分，并对每个子空间进行八进制编码，使用八叉树表示空间划分、最近公共祖先法进行空间编码，得到从起始点到达目标点的最优空间路径序列。2.根据权利要求1所述的针对低空飞行器的自主导航路径规划方法，其特征在于：子空间的八进制编码具体如下：设空间S为规划空间，其中包含障碍物，将S等分为八个子空间S1
‑
S8，对这八个子空间再递归的进行划分，直到满足条件。3.根据权利要求2所述的针对低空飞行器的自主导航路径规划方法，其特征在于：满足条件是空间Si不包含任何障碍物，记为自由空间，或者空间Si全为障碍物，记为障碍空间；或者是空间Si达到FROPI所能通过的最小空间，若Si中包含障碍物，记为障碍空间，否则，记为自由空间。4.根据权利要求3所述的针对低空飞行器的自主导航路径规划方法，其特征在于：子空间的编码体系如下：前F(1,2,3,4)；后B(5,6,7,8)；左L(1，3，5，7)；右R(2,4,6,8)；上U(1,2,5,6)；下D(3,4,7,8)，其中子空间5为障碍空间，子空间4即包含障碍物也包含自由空间。5.根据权利要求1所述的针对低空飞行器的自主导航路径规划方法，其特征在于：对三维平面中的每一个子空间，分别有六个面邻接，八个边邻接和八个点邻接的邻接空间，每一个子空间由特定的八进制编码表示，其中最后一位编码的数值可以确定子空间在父空间中的位置0，其对应的关系对应为：(1，FLU)，(2，FRU)，(3，FLD)，(4，FRD)，(5，BLU)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：万伟民，
申请(专利权)人：江苏地平线未来交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：