基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法技术

本发明专利技术涉及无人机技术领域，提供了一种基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法，方法包括：获取无人机近机场空域的多个网格，无人机近机场空域包括圆心投影重合的等待圈和进离场圈，多个网格将无人机近机场空域以径向、周向、纵向等间距、呈发射状分割后得到的，多个网格由z轴向外密度递减分布、且大小非均匀；根据每一网格的极坐标，从多个网格中确定目标网格序列，目标网格序列包括按序排列的多个网格；根据目标网格序列中的多个网格，规划出等待圈和进离场圈之间的目标航路，以使无人机按照目标航路飞行。本发明专利技术实施例能够提高无人机近机场的航路规划的效率与精度。够提高无人机近机场的航路规划的效率与精度。够提高无人机近机场的航路规划的效率与精度。

【技术实现步骤摘要】
基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法


[0001]本专利技术涉及无人机
，具体而言，涉及一种基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法。

技术介绍

[0002]无人机城市低空场景的应用需求日益增长，提出规模化的路径规划方法，应对低空空域空地要素复杂交互、飞行风险分布不均的环境特点，实现无人机安全高效运行已成为现研究的热点与难点。其中，构建空域模型是构建结构化低空空域的基础性技术，也是无人机路径规划的前置步骤，合理准确的建模方法是路径规划研究的关键。
[0003]三维空间的建模方法主要包括几何建模法、拓扑建模法和网格法。其中网格法被广泛应用于城市无人机路径规划的研究，该方法将环境空间分解为若干个不相交、且大小均匀的网格单元，通过赋予各单元属性从而实现空域的划分与计算。
[0004]但是，传统均匀划分网格单元的网格法无法克服规划效率与进机场的空域环境描述精度冲突，因此在无人机近机场的航路规划中存在明显不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供了一种基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法，其能够提高无人机近机场的航路规划的效率与精度。
[0006]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法，所述方法包括：
[0008]获取无人机近机场空域的多个网格，所述无人机近机场空域包括无人机等待入场时所处的等待圈和无人机进入或者离开所述无人机近机场空域的进离场圈，所述等待圈的圆心和所述进离场圈的圆心投影重合，所述多个网格为以所述圆心在零水平面上的投影为极坐标系的原点，水平面过所述原点的法线方向为z轴方向，将所述无人机近机场空域以径向、周向、纵向等间距、呈发射状分割后得到的，所述多个网格由z轴向外密度递减分布、且大小非均匀；
[0009]根据每一所述网格的极坐标，从所述多个网格中确定目标网格序列，所述目标网格序列包括按序排列的多个网格；
[0010]根据所述目标网格序列中的多个网格，规划出所述等待圈和所述进离场圈之间的目标航路，以使所述无人机按照所述目标航路飞行。
[0011]在可选的实施方式中，所述根据每一所述网格的极坐标，从所述多个网格中确定目标网格序列的步骤包括：
[0012]从所述多个网格中确定起点网格和终点网格，并将所述起点网格加入至初选网格序列；
[0013]从所述多个网格中选择一个初选网格；
[0014]若所述初选网格满足加入条件，则将所述初选网格加入至所述初选网格序列，否则返回所述从所述多个网格中选择一个初选网格的步骤直至确定出所述目标网格序列；
[0015]若所述初选网格为所述终点网格，则将当前的所述初选网格序列确定为所述目标网格序列，否则返回所述从所述多个网格中选择一个初选网格的步骤直至确定出所述目标网格序列。
[0016]在可选的实施方式中，所述若所述初选网格满足加入条件，则将所述初选网格加入至所述初选网格序列的步骤之前包括：
[0017]根据所述初选网格的极坐标判断所述初选网格是否为可飞行区；
[0018]若所述初选网格不为可飞行区，则判定所述初选网格不满足所述加入条件；
[0019]若所述初选网格为可飞行区，则根据所述初选网格的极坐标、所述初选网格序列中的每个网格的极坐标及所述终点网格的极坐标估算当前路径的预估代价值；所述当前路径表征由当前的所述初选网格序列中所有网格和所述终点网格确定的路径；
[0020]若所述预估代价值小于当前代价值，则判定所述初选网格满足所述加入条件，否则，判定所述初选网格不满足所述加入条件，所述当前代价值是根据当前的所述初选网格序列中所有网格的极坐标及所述终点网格的极坐标计算得到的代价值其中。
[0021]在可选的实施方式中，极坐标包括径向坐标、方位角坐标和纵向坐标，所述根据所述初选网格的极坐标判断所述初选网格是否为可飞行区的步骤包括：
[0022]若所述初选网格的方位角坐标等于
‑
1，则将所述初选网格的方位角坐标更新为周向等分数
‑
1；
[0023]若所述初选网格的方位角坐标等于所述周向等分数，则将所述初选网格的方位角坐标更新为0；
[0024]若所述初选网格的径向坐标未处于预设径向范围、或者所述初选网格的方位角坐标未处于预设方位角范围、或者所述初选网格的纵向坐标未处于预设纵向范围，则判定所述初选网格不为可飞行区；
[0025]若所述初选网格的径向坐标处于预设径向范围、且所述初选网格的方位角坐标处于预设方位角范围、且所述初选网格的纵向坐标处于预设纵向范围、且所述初选网格内存在障碍物，则判定所述初选网格不为可飞行区；
[0026]若所述初选网格的径向坐标处于预设径向范围、且所述初选网格的方位角坐标处于预设方位角范围、且所述初选网格的纵向坐标处于预设纵向范围、且所述初选网格内不存在障碍物，则判定所述初选网格为可飞行区。
[0027]在可选的实施方式中，将所述多个网格中极坐标系中z轴的纵向坐标相同的网格划分为同一层，所述根据每一所述网格的极坐标，从所述多个网格中确定目标网格序列的步骤还包括：
[0028]依次从每一层选择一个网格，按照选择的顺序将选出的网格加入至初选网格序列中；
[0029]依次从所述初选网格序列中选出序列连续的网格对；
[0030]若每一所述网格对中的两个网格不满足飞行空间连续条件，则根据每一所述网格对中的两个网格的极坐标，从所述多个网格中确定位于每一所述网格对中的两个网格之间的中间网格，直至所述初选网格序列中序列连续的网格对均满足所述飞行空间连续条件；
[0031]以所述初选网格序列中的网格作为初始种群，利用遗传算法从所述多个网格中确定所述目标网格序列。
[0032]在可选的实施方式中，所述根据每一所述网格对中的两个网格的极坐标，从所述多个网格中确定位于每一所述网格对中的两个网格之间的中间网格的步骤包括：
[0033]对于任一目标网格对中的第一目标网格和第二目标网格，根据所述第一目标网格的极坐标和所述第二目标网格的极坐标，计算中间极坐标；
[0034]根据所述多个网格中极坐标与所述中间极坐标相匹配的网格确定位于所述第一目标网格和所述第二目标网格之间的中间网格，最终确定出每一网格对中两个网格之间的中间网格。
[0035]在可选的实施方式中，第一目标网格的极坐标包括第一径向坐标、第一方位角坐标和第一纵向坐标，所述第二目标网格的极坐标包括第二径向坐标、第二方位角坐标和第二纵向坐标，所述根据所述第一目标网格的极坐标和所述第二目标网格的极坐标，计算中间极坐标的步骤包括：
[0036]根据所述第一径向坐标和所述第二径向坐标，计算所述中间极坐标的径向坐标；
[0037]根据所述第一纵向坐标和所述第二纵向坐标，计算所述中间极坐标的纵向坐标；
[0038]若所述第一方位角坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法，其特征在于，所述方法包括：获取无人机近机场空域的多个网格，所述无人机近机场空域包括无人机等待入场时所处的等待圈和无人机进入或者离开所述无人机近机场空域的进离场圈，所述等待圈的圆心和所述进离场圈的圆心投影重合，所述多个网格为以所述圆心在零水平面上的投影为极坐标系的原点，水平面过所述原点的法线方向为z轴方向，将所述无人机近机场空域以径向、周向、纵向等间距、呈发射状分割后得到的，所述多个网格由z轴向外密度递减分布、且大小非均匀；根据每一所述网格的极坐标，从所述多个网格中确定目标网格序列，所述目标网格序列包括按序排列的多个网格；根据所述目标网格序列中的多个网格，规划出所述等待圈和所述进离场圈之间的目标航路，以使所述无人机按照所述目标航路飞行。2.如权利要求1所述的基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法，其特征在于，所述根据每一所述网格的极坐标，从所述多个网格中确定目标网格序列的步骤包括：从所述多个网格中确定起点网格和终点网格，并将所述起点网格加入至初选网格序列；从所述多个网格中选择一个初选网格；若所述初选网格满足加入条件，则将所述初选网格加入至所述初选网格序列，否则返回所述从所述多个网格中选择一个初选网格的步骤直至确定出所述目标网格序列；若所述初选网格为所述终点网格，则将当前的所述初选网格序列确定为所述目标网格序列，否则返回所述从所述多个网格中选择一个初选网格的步骤直至确定出所述目标网格序列。3.如权利要求2所述的基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法，其特征在于，所述若所述初选网格满足加入条件，则将所述初选网格加入至所述初选网格序列的步骤之前包括：根据所述初选网格的极坐标判断所述初选网格是否为可飞行区；若所述初选网格不为可飞行区，则判定所述初选网格不满足所述加入条件；若所述初选网格为可飞行区，则根据所述初选网格的极坐标、所述初选网格序列中的每个网格的极坐标及所述终点网格的极坐标估算当前路径的预估代价值；所述当前路径表征由当前的所述初选网格序列中所有网格和所述终点网格确定的路径；若所述预估代价值小于当前代价值，则判定所述初选网格满足所述加入条件，否则，判定所述初选网格不满足所述加入条件，所述当前代价值是根据当前的所述初选网格序列中所有网格的极坐标及所述终点网格的极坐标计算得到的代价值。4.如权利要求3所述的基于极坐标系非均匀网格的多无人机近机场航路规划方法，其特征在于，极坐标包括径向坐标、方位角坐标和纵向坐标，所述根据所述初选网格的极坐标判断所述初选网格是否为可飞行区的步骤包括：若所述初选网格的方位角坐标等于
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1，则将所述初选网格的方位角坐标更新为周向等分数
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1；
若所述初选网格的方位角坐标等于所述周向等分数，则将所述初选网格的方位角坐标更新为0；若所述初选网格的径向坐标未处于预设径向范围、或者所述初选网格的方位角坐标未处于预设方位角范围、或者所述初选网格的纵向坐标未处于预设纵向范围，则判定所述初选网格不为可飞行区；若所述初选网格的径向...

【专利技术属性】
技术研发人员：周家柳，郜雅，徐文翔，王宇鹏，罗喜伶，章磊，李宇雄，
申请(专利权)人：杭州迅蚁网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：