正文描述:《一种凸多边形区域的无人机覆盖航迹规划算法》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第31卷第9期2010年9月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTR()NAUTICASINICAV01.3lNO.9Sept.2010文章编号:1000一6893(20lO)09—1802—07一种凸多边形区域的无人机覆盖航迹规划算法陈海,王新民,焦裕松,李俨(西北工业大学自动化学院,陕西西安710072)AnAlgorithmofCoverageFlightPathPlanningforUAVsinConvexPolygonAreasChenHai,WangXinmin,JiaoYusong,LiYah(CollegeofAu
2、tomation,NorthwesternPolyteehnicalUniversity,Xi’an710072,China)摘要:覆盖航迹规划技术对于提高无人机的侦察能力和目标搜索能力具有重要的意义。首先从能量、路程、时间角度,理论上证明了转弯过程比直线平飞过程的效率低。其次给出了凸多边形跨度和宽度的定义,并把凸多边形区域的覆盖航迹规划问题转化为求凸多边形宽度的问题。最后证明了凸多边形区域的宽度只可能出现于“点边式”跨度之中,并给出了一种高效的“点边式”宽度算法。无人机只需要沿着宽度出现时的支撑平线方向飞行,即可以取得最少的转弯次数。通过
3、仿真分析,证明了所提出的算法能够有效解决无人机在凸多边形区域中的覆盖航迹规划问题。关键词:无人机;凸多边形区域;覆盖航迹规划;跨度;宽度中图分类号:V279文献标识码:AAbstract:ThecoverageflightpathplanningisveryimportanttoenhancetheUAV’Sabilitiesofreconnaissanceandtargetsearching.Fromtheviewpointsofenergy,routelengthandduration,theturningmotionisprovedt
4、obelessefficientcomparedwiththeflatflyingtheoretically.Thedefinitionsofspanandwidthforconvexpol—ygonsaregiven,andtheproblemofcoverageflightpathplanninginaconvexpolygonareaistransformedtOthewidthcalculationoftheconvexpolygon.Ahighperformancevertex-edgealgorithmtoobtainthewi
5、dthofaconvexpolygonisgivenbasedonthetheoremwhichprovesthatonlyvertex-edgepairsneedtobeconsideredinthecomputationofthewidth.IfaUAVfliesalongthedirectionofparallellinesofsupportwiththeobtai—ningofwidth,thecoveragepathcangettheleastnumberofturns.Finally,asimulationisimplement
6、edandtheresultprovesthattheproposedalgorithmcansolvetheproblemofcoverageflightpathplanninginaconvexpolygonefficiently.Keywords:unmannedaerialvehicles;convexpolygonarea;coverageflightpathplanning;span;width无人机(UnmannedAerialVehicle,UAV)具有价格低廉、机体小、机动灵活、起飞不受限制、无人员伤亡、空勤保障简单等优点
7、,在现代战争中正发挥着越来越重要的作用。航迹规划(FlightPathPlanning)技术作为任务规划的一部分,对于提高无人机的生存能力和执行任务能力,具有重要的意义。而一般情况下所指的航迹规划是“点对点”的航迹规划,定义为在一定的环境下,寻找飞行器从起始点到目标点满足某种性能指标,避开所有威胁源和障碍物的最优飞行路线Ⅲ。而当需要获取某一区域的全面有用信息,或者需要在特定区域搜索目标时,就需要覆盖航迹规划(CoverageFlightPathPlanning)技收稿日期:2009—09—09:修订日期:2009—11—30通讯作者:李俨E
8、-mail:liyan@nwpu.edu.cll术。覆盖航迹规划指在满足某种性能指标最优的前提下,避开威胁源和障碍物,规划出一条能够遍历探测区域的最优飞行路线[2J。无人机覆盖航
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