【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行器，尤其涉及一种飞行器自主避障的预设航线再规划方法及系统。
技术介绍
1、在现有的研究中，面对未知环境下的有限感知飞行器局部路径规划问题，通常采用人工势场法、改进人工势场法、基于强化学习的路径规划方法、地图随机撒点启发式路径生成方法。人工势场法和改进人工势场法通过分析障碍物与行进起点或终点之间的位置距离关系，设计不同的势能函数，使得障碍物产生不同强度的斥力，预设航点附近的区域产生不同强度的引力，控制飞行器的飞行方向和飞行速度，但这类方法所规划出来的路径毛刺抖动较多影响飞行器的飞行品质，且面对航点周边障碍物密集的情况容易陷入不动点。地图随机撒点启发式路径生成方法主要包括 prm 、rrt、rrt*等，它们通过在地预设航线区域及其附近地域中进行随机撒点的方式，将没有落入障碍物并且距离原来航线距离代价最小的一系列点连接起来组成规划路径，这种方法需要较长的运算时间，并且计算出来的路径还需要根据飞行器的运动性能限制进行二次优化才能直接使用。基于强化学习的路径规划方法是一种强化学习网络与传统路径规划算法结合的理论，通过模拟不同的位置环境场景训练强化学习模型取得动态调整传统路径规划算法控制参数的能力，使得飞行器可以在未知环境中完成避障。该方法虽然拥有一定的可解释性，但强化学习模型训练成本较高且时间长，泛化能力和路径规划效果与训练环境样例数量有关。
2、综上，现有技术的缺点在于：现有的研究大多数依赖已知的环境地图信息，无法适应未知环境下飞行器避障与跟踪多段预设线组成航线兼顾的路径规划需求；现有飞行器路径规划算法，往
3、此外，专利申请cn112393732a还公开了无人机避障方法、装置、可读存储介质及电子设备。方法包括：在检测到无人机当前航线的预设范围内存在障碍物的情况下，确定与当前航线垂直且包含障碍物的目标平面，目标平面包括无人机坐标系中的、与当前航线垂直的第一坐标轴和第二坐标轴；根据第一坐标轴和第二坐标轴的交点与障碍物的距离，在第一坐标轴和第二坐标轴上确定4n个候选航点；针对每一候选航点，确定候选航点对应的候选航线，并预估无人机按照候选航线飞行至目标位置时的代价值；根据代价值确定最优航线，并控制无人机按照最优航线飞行至目标位置，以规避所述障碍物。
4、但是，这种避障方法所规划出的航线，一方面是难以适用于固定翼无人机的转弯性能，另一方面也无法满足分布有不同运动类型的多障碍物飞行场景下的避障需求。
5、再例如，专利申请cn117589167a还公开了一种基于三维点云模型的无人机巡检航线规划方法。方法基于激光雷达扫描方法，对巡检区域或设备进行扫描，生成原始三维点云数据。
6、以及，专利申请cn112148033a还公开了一种无人机航线的确定方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：获取作业区域中的各障碍物的边界点集合，并根据各障碍物的边界点集合，确定各障碍物的在飞行方向的最小外接矩形；根据各障碍物的在飞行方向的最小外接矩形，对各障碍物进行聚类；对属于同一类的障碍物的边界点集合进行合并，得到至少一个合并边界点集合，并确定与各合并边界点集合对应的凸壳边界点集合；根据各凸壳边界点集合，对与作业区域对应的初始作业航线进行修正，得到与作业区域对应的目标作业航线。
7、但是，以上聚类方式在遇到复杂的多障碍物飞行场景时，其避障的准确性、可靠性相对降低，且针对转弯性能的运动特性较为特殊的固定翼无人机，这种避障方法也难以适用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种未知环境下飞行器自主避障的预设航线再规划方法及系统，克服现有路径规划技术在未知环境下的避障和多段航线跟踪性能兼顾性、飞行性能约束下的算法解算速度、多种威胁等级下避障路径规划方法的不足。
2、为了解决上述所提到的技术问题，本专利技术具体采用以下技术方案：一种未知环境下飞行器自主避障的预设航线再规划方法，包括：对飞行器进行建模，定义飞行器的运动性能、感知范围、防撞范围、初始任务航线和最终目标航点；其中，所述运动性能为所述飞行器在t时刻的运动状态，所述运动状态包括：所述飞行器的飞行位置，飞行速度、飞行方向以及最大横滚角；所述感知范围为所述飞行器对于障碍物的探测范围；
3、对障碍物进行建模，定义障碍物与飞行器的位置关系，并构建障碍物威胁等级划分函数对障碍物进行威胁等级划分；
4、根据飞行器感知范围内的障碍物威胁等级，利用聚类算法对障碍物进行聚类；
5、根据障碍物聚类的结果，剔除或/和修改初始任务航线中在障碍物区域内的航点从而得到修正航线；
6、利用杜宾斯规划方法在飞行器飞行性能约束下规划避障航线；
7、利用修正航线和避障航线规划最终飞行航线路径。
8、作为一种改进，飞行器的运动性能利用公式：
9、；
10、来定义；其中u(t)为飞行器在t时刻的运动状态，是t时刻飞行器所在位置的纬度，是t时刻飞行器所在位置的经度，是t时刻飞行器所在位置的海拔高度，是t时刻飞行器机头指向的航向角，和分别是飞行器t时刻在大地坐标系下的北向和东向速度分量；
11、飞行器的感知范围是以飞行器质心为中心，水平探测角度为0°至360°，垂直探测角度为45°至-90°，半径为的下半球形区域；
12、飞行器的防撞范围是以障碍物位置中心点为圆心，以为半径的圆，需要满足约束，其中、和分别是t时刻障碍物所在位置的纬度、经度和海拔高度，t为矩阵转置符号，为t时刻飞行器的最小转弯半径；
13、飞行器的初始任务航线利用公式：
14、，，，；
15、来定义；其中为初始任务航线，pi-pn为初始任务航线中的第i-n个航点；，其中，是第个航点的纬度，是第个航点的经度，是第个航点的海拔高度，t为矩阵转置符号，n为初始任务航线的航点总数。
16、作为一种改进，定义障碍物与飞行器的位置关系的方法包括：
17、所述障碍物为t时刻飞行器感知范围内的多个物体；利用公式：
18、；
19、定义障碍物集合；其中，b(t)为t时刻飞行器感知范围内的障碍物集合,是感知区域半径，是t时刻飞行器与第个障碍物的水平欧式距离，是第个障碍物的运动状态；
20、利用公式：
21、；
22、；
23、；
24、计算飞行器与障碍物之间位置关系；其中，是t时刻飞行器与第个障碍物的水平欧式距离，是地球半径，和c为中间变量， 、分别是t时刻第个障碍物所在位置的纬度和经度；、 分别是t时刻飞行器所在位置的纬度和经度；
25、利用公式：
26、；
27、表示障碍物的运动状态；其中，是第个障碍物的运动状态，，是正整数或者0；、和分别是t时刻第个障碍物所在位置的纬度、经度和海拔高度，、和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种飞行器自主避障的预设航线再规划方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种飞行器自主避障的预设航线再规划方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种飞行器自主避障的预设航线再规划方法，其特征在于：定义障碍物与飞行器的位置关系的方法包括：
4.根据权利要求1所述的一种飞行器自主避障的预设航线再规划方法，其特征在于：构建障碍物威胁等级划分函数的方法包括：
5.根据权利要求1所述的一种飞行器自主避障的预设航线再规划方法，其特征在于：利用聚类算法对障碍物进行聚类的方法包括：
6.根据权利要求1所述的一种飞行器自主避障的预设航线再规划方法，其特征在于：所述修正航线利用公式：
7.根据权利要求1所述的一种飞行器自主避障的预设航线再规划方法，其特征在于：利用杜宾斯规划方法在飞行器飞行性能约束下规划避障航线的方法包括：
8.根据权利要求1所述的一种飞行器自主避障的预设航线再规划方法，其特征在于：利用公式：
9.一种飞行器自主避障的预设航线再规划系统，其特征在于：包括：
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