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旋转翼无人机自主避障飞行路径规划研究

董军喜  
【摘要】:旋转翼无人机是利用机翼旋转产生飞行动力的,具有原地起飞以及空中悬停的能力。本文从旋转翼无人机的飞行原理入手,介绍其飞行特性,以及基于此飞行特性进行的路径规划算法。 导航定位系统可以测出旋转翼无人机的实时位置坐标,这是旋转翼无人机进行路径规划的前提。 基于特征点的路径规划算法是对障碍物进行膨胀,以此来建立起障碍物的特征点模型,利用最大最小原则来逐步实施路径规划的过程。本文利用等高线地图数据,将闭合的等高线曲线看作障碍物,提取其控制点的高程数据,将实测高程以外的插入值去掉,得到一闭合多边形曲线。以旋转翼无人机飞行高度上的等高线曲线为感兴趣线,以此多边形为基础,以一定长度为膨胀系数(比如等高距一半),建立起等高线等效障碍物模型,利用基于特征点的路径规划算法,以此等高线等效障碍物模型控制点坐标为特征点进行旋转翼无人机的路径规划。 用最大最小原则计算出的旋转翼无人机飞行路径不一定是最优路径,其中有可以出现利用旋转翼无机飞行特性直接从障碍物上空飞过的情况,这样将两种情况计算出的路径进行比较就可以得出旋转翼无人机的最优路径,最后利用视觉系统避开地形障碍外的临时障碍物,如飞鸟、飞机和气球等。 在本文最后对基于等高线模型的旋转翼无人机路径规划算法进行了仿真,结果表明此算法切实可行,在山区等复杂地形上有较大的使用价值,不过在平原这样等高线比较平缓的地形上利用等高线进行路径规划就受到了一定的制约性。


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