基于室内环境下小型无人机快速航迹规划方法研究

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近年来无人机(UAV)在军事领域和日常生活中的应用日趋广泛,无人机的航迹规划是实现其自主飞行的重要环节。研究无人机的航迹规划对于实现其快速、安全地完成预定任务尤为重要。本文主要研究室内环境下小型无人机在以三维重建所得到的三角格网环境数据下的快速航迹规划方法。  本文首先对无人机三维航迹规划的研究背景、意义以及国内外研究现状进行了介绍,分析了几类常用的规划环境模型。然后对航路规划问题模型进行了分析,给出航路的表示方法并总结了无人机三维航迹规划的约束条件。介绍了三维规划环境中约束区域的建模过程和规划空间的建立方法。对通视性分析的原理进行了介绍,并对其在航路规划方面的发展进行了叙述。最后本文以三维重建所得到的三角格网环境数据为基础,提出了一种基于通视性分析的三维航迹规划算法。该方法本质上是使用“边走边看”的思想,对无人机当前所在位置和目标点之间是否满足通视性进行判断,然后再确定前进方向。经过多次通视性检查后,无人机可以避开三维环境中的约束区域到达目标点。由于“边走边看”的思想本质上是一种贪婪算法,该算法无法规划出最优解,只能得到可行解,但是其规划速度方面却远远优于其它算法。  本文将基于通视性分析的三维规划算法与A*算法和粒子群算法进行了对比实验和分析。实验结果表明本文算法能够在占用较少内存空间的情况下快速生成三维可行航迹,相较于A*算法和粒子群算法,三角格网尺度的变化对于本文算法规划时间和内存消耗的影响较小,本文算法可以很好的适应环境数据尺度的变化。
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