[发明专利]一种基于舰载无人机前轮转弯技术的路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于舰载无人机前轮转弯技术的路径规划方法，采用自主引导方式，预先设定无人机可活动区域和航路点信息，先判断给定航路点是否位于可活动区域，再通过三层循环和航路规划算法，计算出对应无人机滑行和运转路径；本发明的方法兼顾了算法时间复杂度和无人机转运特性，提出了一种新型的舰载无人机自主引导路径规划方法。

技术领域

本发明属于信息技术智能技术领域，具体涉及一种基于舰载无人机前轮转弯技术的路径规划方法。

背景技术

凭借机动性强、飞行成本低以及使用便捷等特点，舰载无人机 (UAV：UnmannedAerial Vehicle)在海域监管、海洋环境监测以及资源保护等领域得到了广泛应用，并成为当前研究热点之一。舰载无人机在舰船甲板上的滑行和转运过程是舰载无人机安全转运和可靠避障的基础，对舰载无人机的应用至关重要，日前针对该问题的研究相对较少。

传统的舰载无人机路径规划策略的核心是基于线性回归、拉格朗日法或欧拉法在航路规划点的内侧进行插值处理，该方法忽略了无人机的滑行和运转特性，实际运行过程中无人机前轮转弯角度实时变化。改进的无人机路径规划策略的核心是在根据额定转弯半径在航路规划点的内侧画圆，Gerald Cook的研究表明：无人机圆弧运转是通过前轮转弯实现的，转弯半径与无人机速度和前轮转弯角度有关，该方法忽略了无人机尺寸对地面转运的影响，往往会导致侧滑，运转不顺畅的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于舰载无人机前轮转弯技术的路径规划方法，能够在自主引导状态下实现对舰载无人机滑行和转运过程的控制。

本发明采用的技术方案是，一种基于舰载无人机前轮转弯技术的路径规划方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据舰面上的可活动区域的设置，判断给定无人机航路点是否位于可活动区域内，删除不在可活动区域内的无人机航路点；

步骤2、设定转向角门限值，计算任意三个相邻航路点转向角，判断转向角与门限值的大小，当转向角大于门限值则该航路点为无效点，否则为有效点；对无效点进行修正；

步骤3、通过有效点对应的转向角确定转弯半径，根据转弯半径确定前轮转弯角度；

步骤4、根据转向角和转弯半径确定内切路径，判断内切路径是否有效，删除内切路径无效时转向角对应的航路点；

步骤5、根据相邻航路点之间的连线与内切路径的相切顺序形成切点方向，判断两个相邻切点形成的切点方向与航点方向是否相同；如果不相同，删除生成反向切点的航路点；

步骤6、判断步骤2-步骤5是否有点被删除；如果没有，输出由航路点构成的路径以及前轮转弯角度，否则返回步骤2。

本发明的特点还在于：

步骤1判断给定无人机航路点是否位于可活动区域内具体过程为：将低维空间的线性不可分转换为高维空间的线性可分，即：

f(x,y)≥0时，在可活动区域内；

f(x,y)＜0时，不在可活动区域内；

其中，(x,y)表示航路点的位置坐标。

步骤2中转向角的绘制方法为依次连接所有任意相邻的航路点，任意两个相邻航路点之间形成一条折线，共用同一航路点的两条折线在该航路点处形成转向角。

转向角的计算公式为：

其中，表示第i个航路点与第i+1个航路点之间的距离，表示第i+1个航路点与第i+2个航路点之间的距离。

步骤2中对无效点进行修正具体过程为：对于形成转向角的三个航路点依次取为A、B、C，连接AC，求B在AC上的投影B′，令B′取代B成为第二个航路点。