一种基于球面制造技术

技术编号：39816996 阅读：15 留言：0更新日期：2023-12-22 19:35

本发明专利技术公开了一种基于球面

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】
一种基于球面Anya的飞行器离线轨迹规划方法

[0001]本专利技术属于轨迹规划应用
，具体涉及一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划方法，尤其涉及长距离大航时无人机的离线轨迹规划方法
。

技术介绍

[0002]目前，飞行器离线轨迹规划采用经典的
A*
寻路算法中，每个节点用二维坐标表示
(x
，
y)
，寻找后继节点时采取“8
邻居制”(
上
、
下
、
左
、
右
、
左上
、
左下
、
右上和右下
)
，所以其寻路角度本质上只是
45
°
的倍数，可以看出其无法做到任意角度
。
[0003]现有轨迹规划算法中，欧式空间的路径寻优是一个在轨迹规划领域普遍使用的策略，但是在地球表面或者外层空间进行长航时导航时，近似于欧式空间的几何对目前如航天器
、
飞机
、
长航时无人机和船舶的导航是不可靠的，因此需要寻找一种用于计算在地球表面两点之间最短路径并且是任意角度的非欧式空间的路径寻优算法就显得非常重要
。
基于此本专利提出一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划算法，用于解决长航时飞行器在地球表面进行飞行时的航迹规划问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对飞行器可飞行区和威胁区进行数学建模，得到可飞行区的
Web
墨卡托坐标和威胁区的
Web
墨卡托坐标；步骤2：对任意两点大圆航线的数学建模，以及大圆航线与某经线或者纬线交点坐标的数学建模；步骤3：利用大圆航线以及大圆航线与某经线或者纬线交点坐标设计球面
Anya
算法启发值
f
；步骤4：初始化地图，输入起点和终点的
Web
墨卡托坐标，以及起点和终点之间可飞行区的
Web
墨卡托坐标和威胁区的
Web
墨卡托坐标，利用球面
Anya
算法启发值
f
得到球面
Anya
的最优路径
。2.
根据权利要求1所述的一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤1中对飞行器可飞行区和威胁区进行数学建模具体为：步骤1‑1：建立从
WGS84
坐标到
Web
墨卡托坐标的转换关系式；步骤1‑2：将
WGS84
坐标下的威胁区转换成
Web
墨卡托坐标下的威胁区；步骤1‑3：将
WGS84
坐标下的可飞行区转换成
Web
墨卡托坐标下的可飞行区
。3.
根据权利要求2所述的一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤1‑1中转换关系式为：
x
＝
R(
λ
‑
λ0)
式中：
x
为
x
轴，
Web
墨卡托坐标的纬度，
x∈[
‑
20037508.3427892
，
20037508.3427892]
；
y
为
y
轴，
Web
墨卡托坐标的经度，
y∈[
‑
20037508.3427892
，
20037508.3427892]
；
R
为地球半径，
m
；
λ
为
WGS84
坐标的经度，度；为
WGS84
坐标的纬度，度；
λ0为任意中心子午线的经度，度
。4.
根据权利要求3所述的一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤1‑2中将
WGS84
坐标下的威胁区转换成
Web
墨卡托坐标下的威胁区具体为：将
WGS84
坐标下的威胁区中心点经纬坐标转换成
Web
墨卡托坐标下的威胁区中心点经纬坐标，在已知威胁区中心点的经纬坐标及其半径的前提下，计算出威胁区圆边界点的经纬度坐标，依次连接形成初始威胁区，然后将初始威胁区扩充至与其相切的两条经线与纬线框成的范围，该范围在
Web
墨卡托坐标上呈现为矩形，即可得到
Web
墨卡托坐标下的威胁区
。5.
根据权利要求1所述的一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤2中对任意两点大圆航线的数学建模具体为：假设任意两点的起点坐标为
(Lat
S
，
Lon
S
)
，终点坐标为
(Lat
D
，
Lon
D
)
，
式中：
d(S
，
D)
为大圆航线长度，
m
；
R
为地球半径，
m。6.
根据权利要求5所述的一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤2中大圆航线与某经线或者纬线交点坐标的数学建模具体为：假设起点为
P1，坐标为
(P
1_
Lat
，
P
1_
Lon)
，终点为
P2，坐标为
(P
2_
Lat
，
P
2_
Lon)
；所述大圆航线与某经线交点的经度为
v
，交点的纬度
u
计算公式为：定义
l
i
，
i
＝1，2；；；其中：
d1＝
|P
1_
Lat
‑
u1|+|P
2_
Lat
‑
u2|
；
d2＝
|P
1_
Lat+u1|+|P
2_
Lat+u1；式中：
R
为地球半径，
m。7.
根据权利要求6所述的一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划方法，其特征在于，所述大圆航线与某纬线交点的纬度为
u
，交点的经度
v
计算公式为：定义
l
i
，
i
＝1，2；
其中：
d1＝
|P
1_
lon
‑
v1|+|P
2_
lon
‑
v1|
；
d3＝
|P
1_
lon+180
‑
v1|+|P2‑
lon+180+v1|
；式中：
R
为地球半径，
m。8.
根据权利要求3所述的一种基于球面
Anya
的飞行器离线轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤3中球面
Anya
算法启发值
f
的设计公式为：
f
＝
g+h
＝
|C(s
，
r1，
…
，
r
current
)|+|C(r
current
，
t)|
其中：
g
＝
C(s
，
r1，
…
r
current
)
，从起点到当前根节点的左右转折点之间的大圆线段之和；
h
＝
C(r
current
，
t)
，从当前根节点到终点的大圆线段，需要依据当前节点的类型进行计算；设寻路的起点为
s
，终点为
t
，搜索方向定义为从
r
指向区间
I
，
h
的分类计算方法如下：
(1)
若当前节点是平节点
h
＝
C(r
current
，
t)
＝
min{d(r
，
t)
，
d(r
，
a)+d(a
，
t)
，
d(r
，
b)+d(b
，
t)}(2)
若当前节点是标准锥节点
①
终点在搜索方向同侧用大圆航线连接点
r
与点
t
，该大圆航线与区间
I
所在经线的交点记为
p
，若点
p
在区间
I
内：
h
＝
d(r
，
t)
；若点
p
不在区间
I
内：
h
＝
min{d(r
，
a)+d(a
，
t)
，
d(r
，
b)+d(b
，
t)}
；
②
终点在搜索方向反侧设
t
′
是
t
关于节点区间
I
的对称点，用大圆航线连接点
r
与点
t
′
，该大圆航线与区间
I
的交点记为
p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈康，曹奕涛，张耀磊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人