[发明专利]一种基于同调理论的无人机覆盖搜索方法及搜索装置

说明书

本发明涉及一种基于同调理论的无人机覆盖搜索方法及搜索装置，所述方法包括：S1：使用GPS按照设定的频率获取其位置信息，生成采样点，以及采样点的网络拓扑；S2：对网络拓扑进行降维，使获得的拓扑图具有最简形式；S3：生成一阶同调矩阵；S4：获得一阶同调阵之后，求解对应的特征值和特征向量，以获得对应空洞区域的顶点序号，确定空洞位置S5：确定空洞位置之后，将位置信息送入飞控中控制电机转动，调整无人机路径，完成对空洞区域的搜索，实现目标区域覆盖。所述装置包括无人机和无人机搭载的GPS系统、TX2开发板、飞控系统、雷达。本发明使用同调理论直接得到空洞顶点序号，确定空洞位置；可提高无人机覆盖搜索的效率。

技术领域

本发明涉及无人机搜索领域，更具体地，涉及一种基于同调理论的无人机覆盖搜索方法及搜索装置。

背景技术

国外在使用无人机进行区域搜索方面起步较早,经过长期应用与研究,取得了很好的效果。目前,国外无人机区域搜索范围主要包括森林火灾、地震、台风、火山等。近几年,我国灾害管理部门也加大了对无人机灾害监测应用与研究力度,并取得了一定的成果。无人机在民用领域应用主要表现在航空摄影、航空测绘、交通监视、消防、人工增雨等方面。无人机在农田中的应用逐渐开始出现，主要集中在农田信息遥感、灾害预警、施肥喷药等领域。

在无人机应用过程中，首先需要对待搜索区域进行区域建图。建图过程需要实现对搜索区域的覆盖搜索，无人机在搜索过程会受到障碍物阻挡加上无人机最小转弯半径约束，会在躲避障碍物过程中产生搜索空洞。无人机如何实现对覆盖过程中出现空洞的搜索，成为当前无人机搜索的主要问题。

无人机对未知区域进行覆盖搜索时，由于障碍物阻挡加上无人机最小转弯半径约束导致无人机在躲避障碍物过程中产生空洞。传统方法需要记录所有的航路点信息通过与全局地图的对比找到搜索空洞，传统方法需要无人机有较大的存储空间和较高处理速度。而现有的无人机的存储空间和处理速度造成无人机覆盖搜索效率低。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的无人机覆盖搜索效率低的缺陷，提供一种基于同调理论的无人机覆盖搜索方法及搜索装置。

所述搜索方法包括以下步骤：

S1：无人机在初始点起飞之后使用GPS按照设定的频率获取其位置信息，生成采样点，以及采样点的网络拓扑；

其中，网络拓扑中，当两个采样点之间的距离小于无人机的搜索半径时，两采样点相连，形成1-单形(在网络拓扑中两采样点相连，构成1-单行)，在网络拓扑中两采样点相连，构成1-单行；

当三个采样点两两之间的距离小于无人机的搜索半径时且三个采样点的探测范围实现了对三点围成区域的覆盖，形成2-单形，当两两相连但未覆盖时，形成3个1-单形；

当采样点附近无点相连时，形成0-单形；

其中，以无人机的搜索半径为r，当两个采样点(即网络拓扑顶点)之间的距离小于r时，两点相连，形成1-单形。当三个采样点两两之间的距离小于r时且三个采样点的探测范围实现了对三点围成区域的覆盖，形成2-单形，当两两相连但未覆盖时，形成3个1-单形。以此类推当n个采样点两两相连且形成覆盖时，称为n-单形。当采样点附近无点相连时，形成0-单形。

S2：当网络拓扑中存在3-单形时，对网络拓扑进行降维，使获得的拓扑图具有最简形式；

S3：根据拓扑图具有最简形式，生成一阶同调矩阵；

S4：获得一阶同调阵之后，求解对应的特征值和特征向量，以获得对应空洞区域的顶点序号，确定空洞位置

S5：确定空洞位置之后，将位置信息送入飞控中控制电机转动，调整无人机路径，完成对空洞区域的搜索，实现目标区域覆盖。