基于矢量图的几何快速航迹规划方法应用研究

摘要

海上战争历来是战争中的重要组成部分,因现代战争对反应的实时性要求越来越高,海上无人飞行器的航迹规划的快速性也越来越受到人们的重视。矢量图在规划空间上减少了数据量,合理使用可以大大减少规划时间,使用矢量数据作为规划空间来达到快速规划的目的,成为近年来海上无人飞行器航迹规划的一种研究趋势。
　　图方法将航迹规划问题,转化为基本几何图形之间未知关系与几何约束的问题,得到的航迹本身可能不是最优的,但一定是可行的,且规划速度快,因此在基于矢量图的海上航迹规划中具有相当强的实用性。对图方法在航迹规划中的应用研究是本论文的目的之一。
　　海上的环境通常采用S57标准的电子海图描述,可以从电子海图中提取陆地和岛屿的信息构成基本矢量海图环境,与设定的其它多边形不可飞区域共同作为禁飞区。在实际航迹规划中,主要考虑满足约束条件下如何规避禁飞区,达到快速规划的目的。
　　本文提出了一种求线段与多边形相交长度的方法,可以处理凸多边形和凹多边形,用这种方法来进行禁飞区检测。
　　本文基于海上矢量图数据,简要总结了图形关系的几种方法,提出了扩展树航迹规划法,以及扩展树法基础上的切线图法,主要处理航迹与禁飞区的避碰问题,在满足给定约束和航迹可行的前提下,尽可能对航迹进行优化,达到快速规划的目的。
　　本文阐述了扩展树法的基本思想流程,在折线规划中解决航迹避碰问题,然后由折线航迹生成实际航迹,完成规划。本文深入研究了扩展树法的扩展策略,阐述了扩展树法的可行性,并对扩展树法和切线图法的试验结果和时效性进行了分析,结果显示扩展树法可以适应矢量海图的快速规划,切线图法还有待改进。

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1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容与论文结构安排

2 基于图形的航迹规划方法研究现状

2.1 通视图法

2.2 Voronoi图法

3 基于矢量图的海上环境描述和禁飞区检测

3.1 矢量海图介绍3.1.1 电子海图概述

3.2 禁飞区表示与禁飞区检测

3.3 航迹约束

4 基于矢量海图的扩展树规划方法

4.1 扩展树法介绍

4.2 扩展树法流程步骤总结

4.3 扩展树法的可行性分析

4.4 扩展树法的几种扩展方案

4.5 扩展树法的方案决策

4.6 基于矢量海图的切线图方法

4.7 基于图形关系规划方法试验结果与时效性对比分析

5 总结与展望

致谢

参考文献

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