面向海島航拍的無人機航跡規劃算法研究.pdf

1、在近年海洋權益、海島維權問題日益突出,海島測繪、海島監測等需求日益加劇的背景下,無人機航拍體現出了較衛星及有人飛機不可比擬的優勢,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。而由于海島區域具有形狀不規則、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域的無人機的不重

2、復性覆蓋航跡規劃算法為研究對象,以航拍海島為研究目標,以實現遠距離起降點至海島區域航線及轉彎航跡優化為主要研究內容。通過建立無人機質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,再到Dubins算法優化研究的技術路線,設計并實現了面向海島航拍的無人機航跡規劃,并實現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,結合無人機的機動性能條件對飛行高程、轉彎角度、速度等運動參數進行了分析,并根據任務約束,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劃。并根據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算法的航跡優化
　　本文通過對Dubins算法的研究及應用,實現了對無人機起降點至目標航拍區域段航跡及目標區域內轉彎航跡的優化,使航跡更符合無人機的機動性能,而且通過對航跡的優化實現了縮短總