面向海島航拍的無人機航跡規(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,無人機航拍體現(xiàn)出了較衛(wèi)星及有人飛機不可比擬的優(yōu)勢,反應速度快、能耗低、重復利用率高、可低空飛行等特點使得無人機的應用前景愈加廣闊。而由于海島區(qū)域具有形狀不規(guī)則、地形復雜、離岸距離遠等特點,使得無人機在航拍過程中需要考慮較其他任務更加特殊的約束條件,進而對無人機在面向航拍的航跡規(guī)劃方面提出了更高、更復雜的要求。
　　本論文以面向海島航拍區(qū)域的無人機的不重

2、復性覆蓋航跡規(guī)劃算法為研究對象,以航拍海島為研究目標,以實現(xiàn)遠距離起降點至海島區(qū)域航線及轉(zhuǎn)彎航跡優(yōu)化為主要研究內(nèi)容。通過建立無人機質(zhì)心坐標系對無人機進行運動學分析,采用對從航拍任務的約束性條件分析研究,到牛耕式算法研究、改進、實現(xiàn),再到Dubins算法優(yōu)化研究的技術(shù)路線,設(shè)計并實現(xiàn)了面向海島航拍的無人機航跡規(guī)劃,并實現(xiàn)了地面站控制軟件平臺與無人機航跡自動生成算法的融合,以及無人機航跡的自動生成。本文的主要工作及研究成果如下:
　　

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

4、終選擇利用牛耕式算法進行航跡的覆蓋規(guī)劃。并根據(jù)無人機的特點對牛耕式算法進行了改進,使之可以適應無人機的機動性能及運動特點,解決了無人機覆蓋航跡規(guī)劃算法的單一性及不實用性,提升了無人機覆蓋航跡的效率,減少了能耗。
　　(3)基于Dubins算法的航跡優(yōu)化
　　本文通過對Dubins算法的研究及應用,實現(xiàn)了對無人機起降點至目標航拍區(qū)域段航跡及目標區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)彎航跡的優(yōu)化,使航跡更符合無人機的機動性能,而且通過對航跡的優(yōu)化實現(xiàn)了縮短總