[发明专利]一种顾及复杂环境约束的无人机三维航迹快速规划方法

权利要求书

1.一种顾及复杂环境约束的无人机三维航迹快速规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建无人机三维航迹规划的环境模型；

S2、将复杂环境约束信息融入环境模型；

S3、根据融入复杂环境约束信息的环境模型，采用多层扩展A*算法获取无人机的参考航迹；

S4、对参考航迹进行航迹简化与航迹平滑，得到无人机可飞最优航迹；

所述步骤S1具体为：

将无人机在改变方向时的最小惯性距离作为格网单元的长度，将路径规划区域划分为一个m×n的格网，在每个格网单元中存储其对应的行列号、该格网单元中无人机的最大飞行高度值以及可飞行的高度范围信息，得到无人机三维航迹规划的环境模型，表示为：

其中Ω_m表示环境模型空间，(X_i,Y_j)表示格网单元的行列号，m,n分别为环境模型中格网单元的行数和列数，表示格网单元(X_i,Y_j)的无人机可飞行高度范围，Z₁,Z₂,Z₃,Z₄均为高度值，且Z₁Z₂Z₃Z₄...；

所述步骤S2中的复杂环境约束信息包括地形环境约束和大气环境约束；

所述地形环境约束的融入方法具体为：

A1、通过仿射变换将真实三维地形数据每个栅格像元的行列号转换为环境模型中格网单元的行列号，转换公式为：

其中(X_m,Y_m)表示环境模型中格网单元的行列号，(X_p,Y_p)表示真实三维地形数据栅格像元的行列号，(X₀,Y₀)表示真实三维地形数据在路径规划区域左上角的经度和纬度，W_c表示真实三维地形数据的像元宽度，H_c表示真实三维地形数据的像元高度，R₁,R₂为旋转参数；

A2、把真实三维地形数据每个栅格像元的地形高程信息添加进对应的格网单元，完成地形环境约束的融入；

所述大气环境约束的融入方法具体为：

B1、将大气环境约束区域竖直投影成一个多边形，并获取多边形每个顶点的经纬度坐标；

B2、根据经纬度坐标计算每两个相邻顶点的欧式距离，计算公式为：

其中(X₁,Y₁)和(X₂,Y₂)分别表示多边形两个相邻顶点的经纬度坐标，D₁₂表示这两个相邻顶点的欧氏距离；

B3、根据两个相邻顶点的欧式距离计算这两个相邻顶点连接成的直线的分段次数，计算公式为：

S₁₂＝ceil(D₁₂/W_c)

其中S₁₂表示顶点(X₁,Y₁)和(X₂,Y₂)连接成的直线的分段次数，ceil(·)为向上取整函数，W_c表示环境模型中每个格网对应真实三维地形数据的像元宽度；

B4、初始化计数值j＝0；

B5、判断jS₁₂是否成立，若是则进入步骤B8，否则进入步骤B6；

B6、根据分段次数计算分段后各个点的坐标，计算公式为：

其中(X_12j,Y_12j)为分段后第j个点的坐标，j＝0,1,2,...,S₁₂；

B7、令计数值j加1，并返回步骤B5；

B8、获取分段后各个点的坐标在环境模型中对应格网单元的行列号，得到多边形对应的格网单元；

B9、判断相邻两个格网单元是否在同一行或同一列上，若是则进入步骤B11，否则进入步骤B10；

B10、在未处于同一行或同一列的两相邻格网单元之间补充一个格网单元，进入步骤B11；

B11、将多边形对应的格网单元和补充的格网单元作为大气环境约束区域，完成大气环境约束的融入。