四旋翼飞行器路径规划

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1、第31卷第5期计算机仿真2014年5月文章编号:1006－9348(2014)05－0084－05基于四旋翼飞行器的飞行航迹规划方法研究王凯，张维，周德新(中国民航大学航空自动化学院，天津300300)摘要:由于飞行器的实际飞行环境复杂多变，且飞行过程受到诸多因素的限制，因此规划环境的正确建立和规划算法的恰当选择成为航迹规划的关键问题。以小型四旋翼飞行器为研究对象，针对室内飞行环境，对航迹规划进行了研究。针对室内飞行环境，进行了三维建模，设计出了仿真平台。考虑到航迹规划问题对算法计算速度的要求，采用快速扩展随机树(ＲＲT)算法进

2、行航迹规划，并针对算法存在的不足，进行了改进。在Matlab环境中，通过平台的实际运行，进行仿真，并对仿真结果进行比较分析，得出结论，证明了改进的ＲＲT算法确实有效，大大提高了运行效率，为飞行器航迹规划提供了依据。关键词:四旋翼飞行器;航迹规划;快速扩展随机树算法;三维建模中图分类号:V271．4;TP391．9文献标识码:BＲesearchonFlightPathPlanningAlgorithmsBasedonFour－rotorWANGKai，ZHANGWei，ZHOUDe－xin(AeronauticalAutomati

3、onCollege，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China)ABSTＲACT:Astheactualaircraftenvironmentofaircraftiscomplex，andtheflightisrestrictedbymanyfactors，sobuildingproperlyplanningenvironmentandchoosingappropriatelyplanningalgorithmsisthekeyissue．Inthispa-per，asm

4、allfour－rotoraircraftwasstudiedforindoorflightenvironment，anditspathplanningwasstudied．A3－Dmodelwasdesignedforindoorflightenvironments，andasimulationplatformwasdesigned．Takingintoaccounttheplanning＇srequirementsofthecomputingspeedofthealgorithm，ＲＲTwasusedtoplanthepat

5、h，andaimingattheshortage，thealgorithmwasimproved．ThroughtheactualoperationoftheplatformandsimulationexperimentswithMatlab，thesimulationresultswerecomparedtoprovethattheimprovedＲＲTalgorithmisreallyeffectiveandcanim-provetheoperatingefficiencygreatly．KEYWOＲDS:Four－roto

6、r;Ｒouteplanning;Ｒapidly－exploringrandomtree(ＲＲT);3Dmodeling1引言2小型四旋翼飞行器自主飞行系统简介随着计算机技术、通信技术的进步和数字地图的普及，要使小型四旋翼飞行器实现自主飞行，飞行器需要具备加之无人飞行器的广泛应用对航迹规划要求的不断提高，各一套完整的自主飞行系统。自主飞行系统的组成如图1。国开始进行自动航迹规划技术的研究。由此可见，航迹规划是实现飞行器自主飞行的关键技术。美国在这方面取得了瞩目的成绩。而轻巧简单、可控性强的小型四旋翼飞行器成为了航迹规划和控制设计等

7、研究领域的理想研究对象。由于室内环境障碍物较为密集，环境复杂且多变，能够提供的飞行空间有限，因此，需要飞行器在实际飞行的过程中能及时有效地躲避空间中的各种障碍物，确保安全地到达终点，［1］这对规划算法的实时性要求较高。图1小型四旋翼飞行器自主飞行系统图基金项目:国家自然科学基金(61179044);国家重点基础研究发展计图1描述了小型四旋翼飞行器自主飞行系统的组成及划(973计划)项目(2014CB744904);中国民航大学校级重各组成模块之间的相互关系。要实现飞行器的自主飞行，每点科研项目(CAUC2009ZD0102)收稿

8、日期:2014－02－20个模块都起着至关重要的作用，只有各个模块彼此合作才能—84—保证飞行器从起点在限定的时间内安全地飞到要求达到的目标位置，并完成指定的飞行任务。其中航迹规划模块的地位极其重要。而航迹规划算法又是研究航迹规划模块的重点研究内容。3航迹规划问