[发明专利]一种转角与距离结合的旋翼无人机节能路径优化方法

说明书

本发明公开了一种转角与距离结合的旋翼无人机的节能路径规划方法，该方法使用折线路径的转角和距离特征来估计旋翼无人机飞过该条折线路径的能耗，改善了现有旋翼无人机节能路径规划中只使用距离估计路径能耗的不全面问题；并通过构造三维权矩阵，然后结合贪心策略规划出节能路径。增加了旋翼无人机的续航能力，改善了旋翼无人机应用中的能量受限情况。本发明提出的通过路径转角与距离同时考虑来评价无人机飞过该路径能耗的节能路径规划方法，在无人机辅助遍历任务点的应用中均可应用，起到减少飞行能耗，提高单次充电的任务完成量的效果。

技术领域

本发明属于无人机节能应用技术领域，涉及一种转角与距离结合的旋翼无人机节能路径规划方法。

背景技术

路径规划是旋翼无人机应用中降低飞行能耗的主要手段。有效的节能路径规划方法可以增强旋翼无人机的续航能力，改善旋翼无人机的应用效果，拓展其应用空间。

在路径规划中，选取路径的何种特征作为规划依据对规划结果有着决定性的影响。现有的使用路径规划来对旋翼无人机的飞行能耗优化的研究中往往以飞行访问节点(或路径点)之间的距离作为规划依据，以飞行总距离作为优化目标。认为飞行距离最优解就是能耗最优解。近期虽然在已有节能路径规划的基础上提出一些新方案，如在数据收集应用中通过分簇等方法减少访问节点数目来进一步降低无人机的飞行能耗；以及结合任务点的通信范围来进一步降低无人机的飞行能耗等等。但这些改进方案的实质依然是在通过结合实际应用特点来缩短飞行总距离。同样是基于飞行距离最优解就是能耗最优解。不难发现把飞行距离最优解作为能耗最优解时，隐含的前提是飞行距离越短则飞行能耗越小。由普通的物理常识不难理解，在理想环境中匀速直线飞行时，这一前提显然是成立的。

然而，实际的旋翼无人机应用中，任务路径是曲折变化的导致任务飞行不是匀速直线；而实际的任务环境显然也不是理想环境。因此，正如50米往返跑要比100米直线跑更消耗体力一样，在实际的旋翼无人机飞行中，飞行距离较短时的飞行能耗也不一定小，飞行距离较长时的飞行能耗也不一定大。这使得仅以路径距离长度作为能耗估计依据进行节能路径规划的节能效果大打折扣。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种转角与距离结合的旋翼无人机节能路径规划方法，解决现有技术规划的无人机路径节能效果不好的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种转角与距离结合的旋翼无人机节能路径优化方法，用于对无人机需经过的n+1个任务点进行路径规划，包括以下步骤：

步骤1，由n+1个任务点构成集合N＝{n_i|i＝0,1,2,...,n}，取i＝0；

步骤2，从集合N中取任务点n_i作为当前任务点，将当前任务点n_i放入路径L_i中，并将当前任务点n_i从集合N中删除，设路径L_i的能耗e_i＝0；

步骤3，在N中找一个任务点n_j，使得b_ij最小，将任务点n_j放入路径L_i中，并将任务点n_j从集合N中删除，e_i＝e_i+b_ij，其中b_ij表示无人机由当前任务点n_i飞到任务点n_j时的距离能耗；