面向海岛航拍的无人机航迹规划算法研究
在近年海洋权益、海岛维权问题日益突出,海岛测绘、海岛监测等需求日益加剧的背景下,无人机航拍体现出了较卫星及有人飞机不可比拟的优势,反应速度快、能耗低、重复利用率高、可低空飞行等特点使得无人机的应用前景愈加广阔。而由于海岛区域具有形状不规则、地形复杂、离岸距离远等特点,使得无人机在航拍过程中需要考虑较其他任务更加特殊的约束条件,进而对无人机在面向航拍的航迹规划方面提出了更高、更复杂的要求。 本论文以面向海岛航拍区域的无人机的不重复性覆盖航迹规划算法为研究对象,以航拍海岛为研究目标,以实现远距离起降点至海岛区域航线及转弯航迹优化为主要研究内容。通过建立无人机质心坐标系对无人机进行运动学分析,采用对从航拍任务的约束性条件分析研究,到牛耕式算法研究、改进、实现,再到Dubins算法优化研究的技术路线,设计并实现了面向海岛航拍的无人机航迹规划,并实现了地面站控制软件平台与无人机航迹自动生成算法的融合,以及无人机航迹的自动生成。本文的主要工作及研究成果如下: (1)面向海岛航拍任务的约束条件分类研究 本文通过分析面向海岛航拍任务的多重约束条件的特点,提出了适用于无人机海岛航拍的条件约束分析方法,结合无人机的机动性能条件对飞行高程、转弯角度、速度等运动参数进行了分析,并根据任务约束,提出了重叠率及航线间距、航向间距的计算方法等。 (2)基于牛耕式算法的研究与改进 本文针对航拍海岛任务的特点,基于对区域的不重复性覆盖的任务需求,通过对几种机器人覆盖航迹算法的比较,最终选择利用牛耕式算法进行航迹的覆盖规划。并根据无人机的特点对牛耕式算法进行了改进,使之可以适应无人机的机动性能及运动特点,解决了无人机覆盖航迹规划算法的单一性及不实用性,提升了无人机覆盖航迹的效率,减少了能耗。 (3)基于Dubins算法的航迹优化 本文通过对Dubins算法的研究及应用,实现了对无人机起降点至目标航拍区域段航迹及目标区域内转弯航迹的优化,使航迹更符合无人机的机动性能,而且通过对航迹的优化实现了缩短总航程及减少能耗的目的,确保无人机在整个飞行任务中的安全完整性。 (4)基于VB语言的无人机自动生成航迹研究、实现与系统集成 本文实现了基于VB语言的无人机航迹自动生成算法,极大地提高了无人机航迹规划的效率。通过实现面向航拍的无人机覆盖航迹规划自动生成方法在无人机地面站控制软件平台上的系统集成,提升了无人机在实战过程中应对突发事件、突发情况的应急处理能力。
无人机;航迹规划算法;海岛航拍;自动生成;约束条件
中国海洋大学
硕士
电子与通信工程
陈戈
2014
中文
V279.2;P231
65
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）