[发明专利]一种小型无人机自主航迹规划方法

说明书

本发明公开了一种小型无人机自主航迹规划方法，包括以下步骤：S1：GPS定位：使用四轴飞行器的GPS定位系统定位小型无人机自身的位置；S2：采用改进的A‑Star算法作为航迹规划算法实现小型无人机的循迹；S3：蚁群进化算法最优化可行航迹：将S2中改进的A‑Star算法计算出的航迹输入至蚁群算法，由蚁群算法对可行航迹进行最优化，计算出最短的航迹线路；S4：最优航迹后处理：处在同一直线上的所有航迹点归纳为一条直线段包含首尾两个端点。本发明解决了传统小型无人机受控于遥控装置，活动范围易被限制于控制者视距范围中，从而无法实现小型无人机的自主飞行，无法使小型无人机具有更广的活动范围的问题。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种小型无人机自主航迹规划方法。

背景技术

现有技术无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反复使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。

传统小型无人机受控于遥控装置，活动范围易被限制于控制者视距范围中，从而无法实现小型无人机的自主飞行，无法使小型无人机具有更广的活动范围，而航迹规划算法是实现自主飞行的关键。随着卫星定位技术的发展，小型无人机可以通过GPS获得自身位置信息，利用此信息并结合周围地图的障碍信息，可以设计航迹规划算法能够实现小型无人机的自主飞行。本文以基于GPS定位系统的四轴飞行器为例，设计了一种基于GPS定位系统的小型无人机自主航迹规划算法，该算法简单易实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型无人机自主航迹规划方法，具备使小型无人机飞行范围广、能够自主飞行的优点，解决了传统小型无人机受控于遥控装置，活动范围易被限制于控制者视距范围中，从而无法实现小型无人机的自主飞行，无法使小型无人机具有更广的活动范围的问题。

根据本发明实施例的一种小型无人机自主航迹规划方法，包括以下步骤：

S1：GPS定位：使用四轴飞行器的GPS定位系统定位小型无人机自身的位置；

S2：采用改进的A-Star算法作为航迹规划算法实现小型无人机的循迹；

S3：蚁群进化算法最优化可行航迹：将S2中改进的A-Star算法计算出的航迹输入至蚁群算法，由蚁群算法对可行航迹进行最优化，计算出最短的航迹线路；

S4：最优航迹后处理：处在同一直线上的所有航迹点归纳为一条直线段包含首尾两个端点。

在上述方案基础上，A-Star算法是一种求解静态网络最短路的启发式搜索算法。经典的A-Star算法中，首先将地图栅格化，地图中的有“通路”（可通过的部分）和“障碍”（不可通过的部分）两种栅格，然后计算从当前栅格到所有可能到达的栅格的路程值。

在上述方案基础上，在A-Star算法搜索时，从起点出发，检查相邻栅格，然后再从相邻栅格向外搜索，直到扩展到目标位置，在搜索相邻栅格时，优先搜索F_（n）较小的栅格。为防止重复搜索，在搜索过程中要建立一个开启列表和关闭列表用于存储当前待搜索的栅格和已经完成搜索的栅格，在搜索过程中不断获取从起点到达每一个栅格的最优路径，直到搜索到目标点。

在上述方案基础上，S1中所用四轴飞行器的GPS接收器为U-BLOX GPS信号接收模块，可以获取四轴飞行器当前所在位置的经纬度，其数据返回格式为dd.mm.mmmmm（度.分的整数部分.分的五位十进制小数），GPS定位系统所使用的是WGS-84坐标系，对WGS-84坐标系进行平面直角坐标变换。