面向海島航拍的無人機(jī)航跡規(guī)劃算法研究.pdf

1、在近年海洋權(quán)益、海島維權(quán)問題日益突出,海島測繪、海島監(jiān)測等需求日益加劇的背景下,無人機(jī)航拍體現(xiàn)出了較衛(wèi)星及有人飛機(jī)不可比擬的優(yōu)勢,反應(yīng)速度快、能耗低、重復(fù)利用率高、可低空飛行等特點(diǎn)使得無人機(jī)的應(yīng)用前景愈加廣闊。而由于海島區(qū)域具有形狀不規(guī)則、地形復(fù)雜、離岸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn),使得無人機(jī)在航拍過程中需要考慮較其他任務(wù)更加特殊的約束條件,進(jìn)而對(duì)無人機(jī)在面向航拍的航跡規(guī)劃方面提出了更高、更復(fù)雜的要求。
　　本論文以面向海島航拍區(qū)域的無人機(jī)的不重

2、復(fù)性覆蓋航跡規(guī)劃算法為研究對(duì)象,以航拍海島為研究目標(biāo),以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離起降點(diǎn)至海島區(qū)域航線及轉(zhuǎn)彎航跡優(yōu)化為主要研究內(nèi)容。通過建立無人機(jī)質(zhì)心坐標(biāo)系對(duì)無人機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,采用對(duì)從航拍任務(wù)的約束性條件分析研究,到牛耕式算法研究、改進(jìn)、實(shí)現(xiàn),再到Dubins算法優(yōu)化研究的技術(shù)路線,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向海島航拍的無人機(jī)航跡規(guī)劃,并實(shí)現(xiàn)了地面站控制軟件平臺(tái)與無人機(jī)航跡自動(dòng)生成算法的融合,以及無人機(jī)航跡的自動(dòng)生成。本文的主要工作及研究成果如下:
　　

3、(1)面向海島航拍任務(wù)的約束條件分類研究
　　本文通過分析面向海島航拍任務(wù)的多重約束條件的特點(diǎn),提出了適用于無人機(jī)海島航拍的條件約束分析方法,結(jié)合無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性能條件對(duì)飛行高程、轉(zhuǎn)彎角度、速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了分析,并根據(jù)任務(wù)約束,提出了重疊率及航線間距、航向間距的計(jì)算方法等。
　　(2)基于牛耕式算法的研究與改進(jìn)
　　本文針對(duì)航拍海島任務(wù)的特點(diǎn),基于對(duì)區(qū)域的不重復(fù)性覆蓋的任務(wù)需求,通過對(duì)幾種機(jī)器人覆蓋航跡算法的比較,最

4、終選擇利用牛耕式算法進(jìn)行航跡的覆蓋規(guī)劃。并根據(jù)無人機(jī)的特點(diǎn)對(duì)牛耕式算法進(jìn)行了改進(jìn),使之可以適應(yīng)無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性能及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),解決了無人機(jī)覆蓋航跡規(guī)劃算法的單一性及不實(shí)用性,提升了無人機(jī)覆蓋航跡的效率,減少了能耗。
　　(3)基于Dubins算法的航跡優(yōu)化
　　本文通過對(duì)Dubins算法的研究及應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了對(duì)無人機(jī)起降點(diǎn)至目標(biāo)航拍區(qū)域段航跡及目標(biāo)區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)彎航跡的優(yōu)化,使航跡更符合無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性能,而且通過對(duì)航跡的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了縮短總