本發(fā)明涉及無人機領(lǐng)域，特別是涉及一種無人機飛行導(dǎo)航的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無人機在飛行之前，首先需要航跡規(guī)劃出航跡線，然后利用航跡線導(dǎo)航，執(zhí)行飛行任務(wù)。無人機航跡規(guī)劃是指在規(guī)劃空間中利用地形和情報等信息，同時考慮無人機自身的性能約束和任務(wù)要求，規(guī)劃出從起始點到目標點飛行航跡代價最小的一條突防軌跡。航跡規(guī)劃作為無人機自主作戰(zhàn)的核心，其重要性相當于人類的“大腦”。伴隨著無人機在現(xiàn)代戰(zhàn)爭、災(zāi)后救援、安全預(yù)警等方面的成功應(yīng)用。越來越多的國內(nèi)外學者投入到無人機航跡規(guī)劃的研究中來。近些年出現(xiàn)了多種航跡規(guī)劃方法，可以大致將它們分為兩類：離線航跡規(guī)劃方法和在線航跡規(guī)劃方法。

離線航跡規(guī)劃方法主要包括稀疏A*搜索算法(SAS)和遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等基于進化計算的航跡規(guī)劃方法。此離線航跡規(guī)劃方法主要是針對靜態(tài)環(huán)境，沒有考慮動態(tài)環(huán)境的變化。隨著科技的不斷進步，戰(zhàn)場環(huán)境不再是一成不變，而是不斷變化的。因此，傳統(tǒng)的靜態(tài)航跡規(guī)劃方法已經(jīng)無法滿足無人機自主作戰(zhàn)與飛行需要。

常見的在線航跡規(guī)劃方法有D*算法、基于可行優(yōu)先準則的實時航跡規(guī)劃等。D*算法是一種常見的在線實時航跡規(guī)劃方法，該方法能較好的適應(yīng)環(huán)境的動態(tài)變化。但是當目標點周圍出現(xiàn)大面積遮擋，要求無人機從特定的方向進入目標點時，D*算法在遮擋區(qū)會進行大量的反復(fù)搜索和回退拓展，消耗大量的系統(tǒng)資源，使得飛行過程中導(dǎo)航效率低下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種無人機飛行導(dǎo)航的方法及系統(tǒng)，通過沿約束方向基于圓拓展的方法避開障礙物產(chǎn)生引導(dǎo)點，并通過代價值函數(shù)選擇代價最小的引導(dǎo)點作為目標引導(dǎo)點，向引導(dǎo)點區(qū)域搜索，從而生成無人機航跡線，導(dǎo)航無人機飛行，以解決傳統(tǒng)算法中無法有效避開障礙物，導(dǎo)致航跡規(guī)劃效率低的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種無人機飛行導(dǎo)航的方法，所述方法包括：

獲取無人機計劃飛行的起始點與目標點；

對所述目標點進行障礙檢測，確定引導(dǎo)點，所述引導(dǎo)點包括第一類引導(dǎo)點和第二類引導(dǎo)點，所述第一類引導(dǎo)點為以所述目標點為目標進行障礙檢測得到的引導(dǎo)點，所述第一類引導(dǎo)點中引導(dǎo)點的個數(shù)為正整數(shù)，所述第二類引導(dǎo)點為以所述第一類引導(dǎo)點為目標進行障礙檢測得到的引導(dǎo)點，所述第二類引導(dǎo)點中引導(dǎo)點的個數(shù)為正整數(shù)；

根據(jù)所述引導(dǎo)點生成所述無人機的飛行線路，所述飛行線路的個數(shù)為正整數(shù)，所述飛行線路為起始點-第二引導(dǎo)點-第一引導(dǎo)點-目標點；

確定所述無人機的最終飛行線路；

根據(jù)所述最終飛行線路進行節(jié)點擴展；

切換引導(dǎo)點進行節(jié)點擴展；

生成所述無人機的航跡線；所述無人機按照所述航跡線導(dǎo)航進行飛行。

可選的，所述對所述目標點進行障礙檢測，確定引導(dǎo)點，具體包括：

判斷所述起始點與所述目標點之間是否存在障礙物，得到第一判斷結(jié)果；

當所述第一判斷結(jié)果表示所述起始點與所述目標點之間存在障礙物時，以所述目標點中心為圓心、所述目標點中心與障礙物中心的距離為半徑作圓，得到目標點圓；

以所述目標圓圓心為轉(zhuǎn)軸，以所述目標圓半徑為半徑，每隔預(yù)設(shè)角度進行障礙檢測，得到約束條件下航跡代價最小的第一規(guī)劃空間，所述第一規(guī)劃空間為所述目標圓中的扇形區(qū)域；

在所述第一規(guī)劃空間內(nèi)，獲取所述目標點圓與所述障礙物的交點，得到第一類交點；

將所述第一類交點確定為所述第一類引導(dǎo)點；

判斷在所述目標點圓面積范圍內(nèi)，所述第一類引導(dǎo)點與所述起始點的連線之間是否存在障礙物，得到第二判斷結(jié)果；

當所述第二判斷結(jié)果表示在所述目標點圓面積范圍內(nèi)，所述第一類引導(dǎo)點與所述起始點的連線之間存在障礙物時，以所述第一類引導(dǎo)點與所述起始點的連線和所述障礙物的交點為圓心、所述目標點中心與障礙物中心的距離為半徑作圓，得到第一交點圓；

以所述第一交點圓圓心為轉(zhuǎn)軸，以所述第一交點圓半徑為半徑，每隔預(yù)設(shè)角度進行障礙檢測，得到約束條件下航跡代價最小的第二規(guī)劃空間，所述第二規(guī)劃空間為所述第一交點圓中的扇形區(qū)域；

在所述第二規(guī)劃空間內(nèi)，獲取所述第一交點圓上與所述起始點連線之間無障礙物的點，得到無障礙點；

確定所述無障礙點中距離所述起始點最近的點為第二類引導(dǎo)點。

可選的，所述確定所述無人機的最終飛行線路，具體包括：

利用代價函數(shù)確定所述飛行線路的代價值；其中l(wèi)_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間的航跡長度，f_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間受到的威脅概率值，ω₁、ω₂為相應(yīng)權(quán)重系數(shù)；

將代價值最小的所述飛行線路確定為最終飛行線路。

可選的，所述根據(jù)所述最終飛行線路進行節(jié)點擴展，具體包括：

以第一起點為第一擴展點，向第二起點進行節(jié)點擴展，生成第一擴展子節(jié)點，所述第一擴展子節(jié)點個數(shù)為正整數(shù)；所述第一起點為所述節(jié)點擴展的起點，所述第一起點包括所述最終飛行線路中的起始點；所述第二起點為所述節(jié)點擴展的目標方向點，所述第二起點包括所述最終飛行線路中的第二引導(dǎo)點、第一引導(dǎo)點和目標點；

利用代價函數(shù)確定第一擴展子節(jié)點的代價值；其中l(wèi)_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間的航跡長度，f_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間受到的威脅概率值，d(n)為當前節(jié)點n到目標點的預(yù)估航跡長度，ω₁、ω₂、ω₃為相應(yīng)權(quán)重系數(shù)；

確定代價值最小的第一擴展子節(jié)點。

可選的，所述切換引導(dǎo)點進行節(jié)點擴展，具體包括：

判斷代價值最小的第一擴展子節(jié)點是否在切換閾值范圍內(nèi)，得到第三判斷結(jié)果，所述切換閾值范圍為以所述第二起點為圓心、以設(shè)定閾值為半徑構(gòu)成的圓內(nèi)范圍；

當所述第三判斷結(jié)果表示代價值最小的第一擴展子節(jié)點在切換閾值范圍內(nèi)時，判斷所述第二起點是否為目標點，得到第四判斷結(jié)果；

當所述第四判斷結(jié)果表示所述第二起點為目標點時，節(jié)點擴展結(jié)束；

當所述第四判斷結(jié)果表示所述第二起點不為目標點時，將所述代價值最小的第一擴展子節(jié)點作為第二擴展點，向第三起點進行節(jié)點擴展，生成第二擴展子節(jié)點，所述第二擴展子節(jié)點個數(shù)為正整數(shù)，所述第三起點為所述節(jié)點擴展的目標方向點，所述第三起點包括所述最終飛行線路中的第二引導(dǎo)點和目標點；

當所述第三判斷結(jié)果表示代價值最小的第一擴展子節(jié)點不在切換閾值范圍內(nèi)時，將所述代價值最小的第一擴展子節(jié)點作為第二擴展點，繼續(xù)向第二起點進行節(jié)點擴展，生成第三擴展子節(jié)點，所述第三擴展子節(jié)點個數(shù)為正整數(shù)。

一種無人機飛行導(dǎo)航的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

起始點與目標點獲取模塊，用于獲取無人機計劃飛行的起始點與目標點；

引導(dǎo)點確定模塊，用于對所述目標點進行障礙檢測，確定引導(dǎo)點，所述引導(dǎo)點包括第一類引導(dǎo)點和第二類引導(dǎo)點，所述第一類引導(dǎo)點為以所述目標點為目標進行障礙檢測得到的引導(dǎo)點，所述第一類引導(dǎo)點中引導(dǎo)點的個數(shù)為正整數(shù)，所述第二類引導(dǎo)點為以所述第一類引導(dǎo)點為目標進行障礙檢測得到的引導(dǎo)點，所述第二類引導(dǎo)點中引導(dǎo)點的個數(shù)為正整數(shù)；

飛行線路生成模塊，用于根據(jù)所述引導(dǎo)點生成所述無人機的飛行線路，所述飛行線路的個數(shù)為正整數(shù)，所述飛行線路為起始點-第二引導(dǎo)點-第一引導(dǎo)點-目標點；

最終飛行線路確定模塊，用于確定所述無人機的最終飛行線路；

節(jié)點擴展模塊，用于根據(jù)所述最終飛行線路進行節(jié)點擴展；

引導(dǎo)點切換模塊，用于切換引導(dǎo)點進行節(jié)點擴展；

航跡線生成模塊，用于生成所述無人機的航跡線；所述無人機按照所述航跡線導(dǎo)航進行飛行。

可選的，所述引導(dǎo)點確定模塊具體包括：

第一判斷單元，用于判斷所述起始點與所述目標點之間是否存在障礙物，得到第一判斷結(jié)果；

目標圓生成單元，用于當所述第一判斷結(jié)果表示所述起始點與所述目標點之間存在障礙物時，以所述目標點中心為圓心、所述目標點中心與障礙物中心的距離為半徑作圓，得到目標點圓；

第一規(guī)劃空間獲取單元，用于以所述目標圓圓心為轉(zhuǎn)軸，以所述目標圓半徑為半徑，每隔預(yù)設(shè)角度進行障礙檢測，得到約束條件下航跡代價最小的第一規(guī)劃空間，所述第一規(guī)劃空間為所述目標圓中的扇形區(qū)域；

第一類交點獲取單元，用于在所述第一規(guī)劃空間內(nèi)，獲取所述目標點圓與所述障礙物的交點，得到第一類交點；

第一類引導(dǎo)點確定單元，用于將所述第一類交點確定為所述第一類引導(dǎo)點；

第二判斷單元，用于判斷在所述目標點圓面積范圍內(nèi)，所述第一類引導(dǎo)點與所述起始點的連線之間是否存在障礙物，得到第二判斷結(jié)果；

第一交點圓生成單元，用于當所述第二判斷結(jié)果表示在所述目標點圓面積范圍內(nèi)，所述第一類引導(dǎo)點與所述起始點的連線之間存在障礙物時，以所述第一類引導(dǎo)點與所述起始點的連線和所述障礙物的交點為圓心、所述目標點中心與障礙物中心的距離為半徑作圓，得到第一交點圓；

第二規(guī)劃空間獲取單元，用于以所述第一交點圓圓心為轉(zhuǎn)軸，以所述第一交點圓半徑為半徑，每隔預(yù)設(shè)角度進行障礙檢測，得到約束條件下航跡代價最小的第二規(guī)劃空間，所述第二規(guī)劃空間為所述第一交點圓中的扇形區(qū)域；

無障礙點獲取單元，用于在所述第二規(guī)劃空間內(nèi)，獲取所述第一交點圓上與所述起始點連線之間無障礙物的點，得到無障礙點；

第二類引導(dǎo)點確定單元，用于確定所述無障礙點中距離所述起始點最近的點為第二類引導(dǎo)點。

可選的，所述最終飛行線路確定模塊，具體包括：

代價值確定單元，用于利用代價函數(shù)確定所述飛行線路的代價值；其中l(wèi)_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間的航跡長度，f_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間受到的威脅概率值，ω₁、ω₂為相應(yīng)權(quán)重系數(shù)；

最終飛行路線確定單元，用于將代價值最小的所述飛行線路確定為最終飛行線路。

可選的，所述節(jié)點擴展模塊，具體包括：

第一擴展子節(jié)點生成單元，用于以第一起點為第一擴展點，向第二起點進行節(jié)點擴展，生成第一擴展子節(jié)點，所述第一擴展子節(jié)點個數(shù)為正整數(shù)；所述第一起點為所述節(jié)點擴展的起點，所述第一起點包括所述最終飛行線路中的起始點；所述第二起點為所述節(jié)點擴展的目標方向點，所述第二起點包括所述最終飛行線路中的第二引導(dǎo)點、第一引導(dǎo)點和目標點；

代價值確定單元，用于利用公式確定第一擴展子節(jié)點的代價值；其中l(wèi)_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間的航跡長度，f_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間受到的威脅概率值，d(n)為當前節(jié)點n到目標點的預(yù)估航跡長度，ω₁、ω₂、ω₃為相應(yīng)權(quán)重系數(shù)；

最小代價值確定單元，用于確定代價值最小的第一擴展子節(jié)點。

可選的，所述引導(dǎo)點切換模塊，具體包括：

第三判斷單元，用于判斷代價值最小的第一擴展子節(jié)點是否在切換閾值范圍內(nèi)，得到第三判斷結(jié)果，所述切換閾值范圍為以所述第二起點為圓心、以設(shè)定閾值為半徑構(gòu)成的圓內(nèi)范圍；

第四判斷單元，用于當所述第三判斷結(jié)果表示代價值最小的第一擴展子節(jié)點在切換閾值范圍內(nèi)時，判斷所述第二起點是否為目標點，得到第四判斷結(jié)果；

節(jié)點擴展結(jié)束單元，用于當所述第四判斷結(jié)果表示所述第二起點為目標點時，結(jié)束節(jié)點擴展；

第二擴展子節(jié)點生成單元，用于當所述第四判斷結(jié)果表示所述第二起點不為目標點時，將所述代價值最小的第一擴展子節(jié)點作為第二擴展點，向第三起點進行節(jié)點擴展，生成第二擴展子節(jié)點，所述第二擴展子節(jié)點個數(shù)為正整數(shù)，所述第三起點為所述節(jié)點擴展的目標方向點，所述第三起點包括所述最終飛行線路中的第二引導(dǎo)點和目標點；

第三擴展子節(jié)點生成單元，用于當所述第三判斷結(jié)果表示代價值最小的第一擴展子節(jié)點不在切換閾值范圍內(nèi)時，將所述代價值最小的第一擴展子節(jié)點作為第二擴展點，繼續(xù)向第二起點進行節(jié)點擴展，生成第三擴展子節(jié)點，所述第三擴展子節(jié)點個數(shù)為正整數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明通過沿約束方向基于圓拓展的方法避開障礙物產(chǎn)生引導(dǎo)點，并通過代價值函數(shù)選擇代價最小的引導(dǎo)點為目標引導(dǎo)點，向引導(dǎo)點區(qū)域搜索，最終通過節(jié)點擴展生成航跡線，使得無人機按照航跡線導(dǎo)航進行飛行。該方法可以在目標點的威脅區(qū)域，根據(jù)方向約束的不同，在約束區(qū)域，沿約束方向自主檢測產(chǎn)生引導(dǎo)點，避免手動設(shè)置的不足，提高精確度。同時，由于引導(dǎo)點的產(chǎn)生，為無人機的自主飛行提供方向指引，提高了飛行效率，滿足無人機自主飛行的實時性要求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明無人機飛行導(dǎo)航的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明無人機飛行導(dǎo)航的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明無人機飛行導(dǎo)航方法的引導(dǎo)點確定示意圖；

圖4為本發(fā)明無人機飛行導(dǎo)航方法中節(jié)點拓展示意圖；

圖5為傳統(tǒng)無人機飛行導(dǎo)航的航跡確定示意圖；

圖6為本發(fā)明具體實施例1靜態(tài)環(huán)境下航跡線導(dǎo)航無人機飛行示意圖；

圖7為本發(fā)明具體實施例1動態(tài)環(huán)境下航跡線導(dǎo)航無人機飛行示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明無人機飛行導(dǎo)航的方法流程圖。如圖1所示，所述方法包括：

步驟101：獲取無人機計劃飛行的起始點與目標點?？梢允謩虞斎胗媱濓w行的起始點和目標點的坐標。

步驟102：對目標點進行障礙檢測，確定引導(dǎo)點。具體確定過程：

從起始點至目標點的航跡規(guī)劃過程中，首先判斷起始點與目標點之間是否存在障礙物，存在障礙物時才會涉及下列設(shè)置引導(dǎo)點的過程。

(1)在目標點附近進行障礙檢測，尋找約束條件下航跡代價最小的規(guī)劃空間。

(2)以目標點為圓心、遮擋物OB長為半徑(O為圓心，即目標點中心)作圓。將所作圓與障礙物的交點設(shè)為第一類引導(dǎo)點，第一類引導(dǎo)點一般是障礙物的邊界點，能夠保證目標點與第一類引導(dǎo)點之間沒有障礙物，并且距離障礙物最近，這樣能夠使得航跡代價值最小。產(chǎn)生第一類引導(dǎo)點后，在所作圓內(nèi)部范圍內(nèi)判斷該第一類引導(dǎo)點與起始點的連線方向上是否還存在遮擋，若存在遮擋，則以產(chǎn)生的第一類引導(dǎo)點為新圓心、障礙物長度為半徑作新圓，選取所作新圓上與起始點連線之間無障礙物的點，確定其中距離起始點最近的點為第二類引導(dǎo)點，按上述方法繼續(xù)產(chǎn)生引導(dǎo)點，直至符合條件為止；若不存在遮擋，則只產(chǎn)生第一類引導(dǎo)點即可。

圖3為本發(fā)明無人機飛行導(dǎo)航方法的引導(dǎo)點確定示意圖。如圖所示，四角星為目標點，黑色圓點為起始點，灰色的實多邊形為遮擋物。首先以目標點O為圓心，按照上述方法作圓，以所作圓圓心為轉(zhuǎn)軸，以所作圓半徑為半徑，每隔預(yù)設(shè)角度進行障礙檢測，(即進行直線檢測，圓心到圓邊緣)得到約束條件下航跡代價最小的第一規(guī)劃空間，第一規(guī)劃空間為所述目標圓中的扇形區(qū)域，即圖4中B順時針到A與O組成的扇形區(qū)域(即扇形區(qū)域AOB)；由于障礙檢測就是檢測有無障礙物遮擋，有障礙物遮擋的地方必然航跡代價高，因此，第一規(guī)劃空間內(nèi)圓心與圓邊緣連線(半徑)之間必然無障礙物遮擋，本發(fā)明預(yù)設(shè)角度可以為5度，也就是每隔5度進行障礙檢測，角度越小精度越高，相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)時間較長；反之精度低，反應(yīng)時間段系統(tǒng)開支小。

得到引導(dǎo)點D1和D2，即為第一類引導(dǎo)點。由于引導(dǎo)點D1和D2在所作圓內(nèi)部范圍內(nèi)與起始點的連線方向上仍然存在遮擋，故需要以引導(dǎo)點D1和D2為圓心分別再次進行檢測。以引導(dǎo)點D1為圓心作圓，進行障礙檢測，則引導(dǎo)點D3順時針到目標點O的扇形范圍為第二規(guī)劃空間。選取所作圓上點與起始點連線無遮擋時，距離起始點最近的點作為引導(dǎo)點，即引導(dǎo)點D3。交點D4是與第一個檢測圓的交點，由于其與起始點連線之間有遮擋，故將其舍去。同理以引導(dǎo)點D2為圓心產(chǎn)生符合條件的可行引導(dǎo)區(qū)域(約束條件下航跡代價最小的規(guī)劃空間)是引導(dǎo)點D5逆時針到目標點的扇形范圍。其中引導(dǎo)點D5符合條件且最優(yōu)。交點D6與起始點連線有遮擋，故將其舍去。D4和D5即為第二類引導(dǎo)點。

隨著應(yīng)用環(huán)境的日益復(fù)雜，引導(dǎo)點的產(chǎn)生是為了幫助無人機在強約束條件下提高飛行效率，滿足實時性。本發(fā)明中障礙物的大小已知，所以充分利用這個條件作為后續(xù)引導(dǎo)點產(chǎn)生的原則。在實際應(yīng)用中，障礙物是不規(guī)則的，一般選擇障礙物的邊界點作為第一類引導(dǎo)點，這樣可以最大限度的利用已探測到的數(shù)據(jù)資源，減小系統(tǒng)開支。至于是否必須使用作圓的方式產(chǎn)生引導(dǎo)點，沒有固定要求，也可以采用其他方式生成。本模型主要借鑒雷達探測的方式(雷達在現(xiàn)實社會的應(yīng)用廣泛而深遠)，在一定區(qū)域內(nèi)進行目標探測(此處是障礙物)，可以通過改變探測角度的大小來滿足不同精度的探測需求，角度越小精度越高，相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)時間較長；反之精度低，反應(yīng)時間段系統(tǒng)開支小。

步驟103：生成飛行線路。根據(jù)步驟102確定的引導(dǎo)點，可以得到多個無人機的飛行線路。

以圖3為例，生成的飛行線路為：

(1)起始點—引導(dǎo)點D3—引導(dǎo)點D1—目標點。

(2)起始點—引導(dǎo)點D5—引導(dǎo)點D2—目標點。

本發(fā)明確定的引導(dǎo)點在飛行導(dǎo)航中不是必經(jīng)點，即航跡不需要經(jīng)過該點，引導(dǎo)點只是輔助無人機進行目標搜索，是目標搜索的指引方向，提高其搜索效率，同時幫助無人機高效完成有特殊約束條件的任務(wù)，如方向敏感性任務(wù)。

步驟104：確定最終飛行線路。選擇不同的引導(dǎo)點，對整個航跡的走勢有很大影響。根據(jù)步驟103生成的多條飛行線路，可以采用代價函數(shù)確定所述飛行線路的代價值，進行引導(dǎo)點的選擇，主要考慮航跡長度和航跡威脅代價兩個因素。從起始點向著符合條件的引導(dǎo)點進行直線規(guī)劃，選擇總體代價較小的引導(dǎo)點為目標引導(dǎo)點，其中l(wèi)_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間的航跡長度，f_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間受到的威脅概率值，ω₁、ω₂為相應(yīng)權(quán)重系數(shù)；將代價值最小的所述飛行線路確定為最終飛行線路。

步驟105：進行節(jié)點擴展。根據(jù)最大擴展節(jié)點數(shù)M，以第一起點為第一擴展點，向第二起點進行節(jié)點擴展，生成第一擴展子節(jié)點，第一擴展子節(jié)點個數(shù)為正整數(shù)，可以為7個；第一起點為所述節(jié)點擴展的起點，第一起點包括所述最終飛行線路中的起始點；所述第二起點為所述節(jié)點擴展的目標方向點，所述第二起點包括所述最終飛行線路中的第二引導(dǎo)點、第一引導(dǎo)點和目標點；

利用代價函數(shù)確定第一擴展子節(jié)點的代價值；其中l(wèi)_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間的航跡長度，f_i為節(jié)點i-1到節(jié)點i之間受到的威脅概率值，d(n)為當前節(jié)點n到目標點的預(yù)估航跡長度，ω₁、ω₂、ω₃為相應(yīng)權(quán)重系數(shù)。確定代價值最小的第一擴展子節(jié)點。

圖4為本發(fā)明無人機飛行導(dǎo)航方法中節(jié)點拓展示意圖。參見圖4，從起始點向目標點進行路徑規(guī)劃，N₀為擴展點，其首先向著引導(dǎo)點D₃進行節(jié)點擴展，N₁-N₄為節(jié)點N₀的擴展子節(jié)點。則N₀為第一起點，D₃則為第二起點，N₁-N₄為第一擴展子節(jié)點。通過計算第一擴展子節(jié)點N₁-N₄的代價值，最終確定N₂為代價值最小的第一擴展子節(jié)點，則航跡是從N₀-->N₂。

步驟106：切換引導(dǎo)點繼續(xù)節(jié)點擴展。

首先需要判斷代價值最小的第一擴展子節(jié)點是否在切換閾值范圍內(nèi)，切換閾值范圍為以所述第二起點為圓心、以設(shè)定閾值為半徑構(gòu)成的圓內(nèi)范圍；

當代價值最小的第一擴展子節(jié)點在切換閾值范圍內(nèi)時，需要判斷所述第二起點是否為目標點，當?shù)诙瘘c是目標點時，則表示達到目標點，拓展結(jié)束。

當?shù)诙瘘c不是目標點時，將代價值最小的第一擴展子節(jié)點作為第二擴展點，向第三起點進行節(jié)點擴展，生成第二擴展子節(jié)點。

當代價值最小的第一擴展子節(jié)點不在切換閾值范圍內(nèi)時，將所述代價值最小的第一擴展子節(jié)點作為第二擴展點，繼續(xù)向第二起點進行節(jié)點擴展，生成第三擴展子節(jié)點。

以步驟105的圖4為例，首先判斷代價值最小的第一擴展子節(jié)點N₂是否在D₃的切換閾值范圍內(nèi)，當N₂在切換閾值范圍內(nèi)時，判斷D₃是否為目標點，如果D₃是目標點，則擴展結(jié)束；如果D₃不是目標點，將N₂作為第二擴展點，切換為向第三起點D₁進行擴展；

當N₂不在切換閾值范圍內(nèi)時，將N₂作為下一個擴展點，繼續(xù)向D₃進行擴展。

引導(dǎo)點的切換閾值過大或過小都將對規(guī)劃航跡產(chǎn)生很大影響。切換閾值過大，容易導(dǎo)致引導(dǎo)點的引導(dǎo)力度不足，即引導(dǎo)作用沒有充分發(fā)揮，同時容易發(fā)生多個引導(dǎo)點都在切換閾值范圍內(nèi)的情況，增大系統(tǒng)開銷。切換閾值過小，容易導(dǎo)致僵化引導(dǎo)，使規(guī)劃出的航跡喪失最優(yōu)性。因此，切換閾值的合理選擇是最優(yōu)航跡成功規(guī)劃的保證。例如，引導(dǎo)點的切換閾值設(shè)置為3個最小步長，當最后產(chǎn)生的拓展節(jié)點與目標點的直線距離小于最小步長時，即為到達目標點。

步驟107：生成航跡線，導(dǎo)航無人機飛行。根據(jù)節(jié)點擴展的過程，生成最終的航跡線，利用該航跡線導(dǎo)航無人機飛行。

圖2為本發(fā)明無人機飛行導(dǎo)航的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，該系統(tǒng)包括：

起始點與目標點獲取模塊201，用于獲取無人機計劃飛行的起始點與目標點。

引導(dǎo)點確定模塊202，用于對所述目標點進行障礙檢測，確定引導(dǎo)點，所述引導(dǎo)點包括第一類引導(dǎo)點和第二類引導(dǎo)點，所述第一類引導(dǎo)點為以所述目標點為目標進行障礙檢測得到的引導(dǎo)點，所述第一類引導(dǎo)點中引導(dǎo)點的個數(shù)為正整數(shù)，所述第二類引導(dǎo)點為以所述第一類引導(dǎo)點為目標進行障礙檢測得到的引導(dǎo)點，所述第二類引導(dǎo)點中引導(dǎo)點的個數(shù)為正整數(shù)。本發(fā)明以確定2類引導(dǎo)點為例，在實際應(yīng)用中不局限于確定2類引導(dǎo)點，當確定第一類引導(dǎo)點便符合條件時，無需再確定第二類引導(dǎo)點。具體引導(dǎo)點確定過程參見本發(fā)明方法流程圖中步驟102。

飛行線路生成模塊203，用于根據(jù)所述引導(dǎo)點生成所述無人機的飛行線路，所述飛行線路的個數(shù)為正整數(shù)，所述飛行線路為起始點-第二引導(dǎo)點-第一引導(dǎo)點-目標點，本發(fā)明以兩類引導(dǎo)點為例得到的飛行線路，但是局限于此飛行線路。當引導(dǎo)點只需確定第一類引導(dǎo)點便可實現(xiàn)本發(fā)明想要實現(xiàn)的效果是，此時飛行線路則是起始點-第一引導(dǎo)點-目標點。

最終飛行線路確定模塊204，用于確定所述無人機的最終飛行線路。具體確定過程參見步驟104。

節(jié)點擴展模塊205，用于根據(jù)所述最終飛行線路進行節(jié)點擴展。具體擴展過程詳見步驟105。

引導(dǎo)點切換模塊206，用于切換引導(dǎo)點進行節(jié)點擴展。

航跡線生成模塊207，用于生成所述無人機的航跡線；所述無人機按照所述航跡線導(dǎo)航進行飛行。

圖5為傳統(tǒng)無人機飛行導(dǎo)航的航跡確定示意圖。如圖5所示，傳統(tǒng)無人機飛行導(dǎo)航的航跡線確定為在動態(tài)環(huán)境中尋找可行路徑較為有效，逐步擴展節(jié)點向目標點移動，其擴展只檢查理想最短路徑上下一節(jié)點的變化情況，對距離較遠的路徑上的變化不敏感。當理想航跡上出現(xiàn)大面積遮擋，同時要求無人機從特定的方向進入目標點時，D*算法在遮擋區(qū)進行大量的回退擴展，尋找可行路徑，消耗大量系統(tǒng)資源和時間，使算法規(guī)劃效率低下。

本發(fā)明無人機飛行導(dǎo)航的方法及系統(tǒng)具體實施例1：

本實施例是在Intel(R)Xeon(R)CPU E5-2603v3,1.6GHz,8GB內(nèi)存的PC機上進行的仿真實驗，運行環(huán)境為Windows764位操作系統(tǒng)，編程環(huán)境為Matlab R2012b。實驗使用500km×500km的數(shù)字高程地圖，無人機最大轉(zhuǎn)彎角為60°，最小步長L_min＝5km，最大擴展節(jié)點數(shù)為7，航跡評估函數(shù)的權(quán)重系數(shù)ω₁、ω₂、ω₃分別為0.001、300、0.1。

仿真實驗分為靜態(tài)環(huán)境和動態(tài)環(huán)境兩部分。在靜態(tài)環(huán)境中，使無人機從起始點向目標點進行航跡規(guī)劃，在目標點周圍設(shè)置強約束條件，比較引導(dǎo)點的有無對航跡規(guī)劃代價及效率的影響。

靜態(tài)環(huán)境下，使無人機從障礙物右下角方向進入目標點。起始點坐標為(46,396)，目標點坐標為(341,216)；第二組實驗，起始點坐標為(71,196)，目標點坐標為(366,366)。參見圖6，圖6為本發(fā)明具體實施例1靜態(tài)環(huán)境下航跡線導(dǎo)航無人機飛行示意圖。其中(a)為傳統(tǒng)無引導(dǎo)點時無人機飛行線路示意圖，(b)為本發(fā)明無人機飛行線路示意圖。關(guān)于傳統(tǒng)航跡規(guī)劃階段與本申請航跡規(guī)劃階段的性能對比參見表1：

表1

動態(tài)環(huán)境下，要求無人機從目標點的右下角進入目標點。起始點位置不變?nèi)詾?46,396)，目標點位置由原先坐標(341,216)沿某一固定方向移動到(416,216)。假定無人機的飛行速度是目標點移動速度的5倍，即目標點每移動一個步長，無人機移動5個航跡段長度。參見圖7，圖7為本發(fā)明具體實施例1動態(tài)環(huán)境下航跡線導(dǎo)航無人機飛行示意圖。其中(a)為傳統(tǒng)無引導(dǎo)點時無人機飛行線路示意圖，(b)為本發(fā)明無人機飛行線路示意圖。關(guān)于傳統(tǒng)航跡規(guī)劃階段與本申請航跡規(guī)劃階段的性能對比參見表2：

表2

由表2可知，動態(tài)環(huán)境下，本發(fā)明結(jié)合引導(dǎo)點的規(guī)劃方法相比傳統(tǒng)規(guī)劃方法D*算法，其在規(guī)劃用時、航跡長度和航跡總代價等方面都明顯優(yōu)于單純的D*算法。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。