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无人机水平航迹路径规划算法研究

摘要

随着无人机技术的高速发展，无人机更趋于智能化，日益复杂的空中环境对无人机

水平航迹规划算法提出了新的需求。水平航迹既要满足全局路线最优，也要让局部路线

远离障碍物以保证飞行安全性。因此，本文规定基于相同垂直高度下，规划无人机水平

航迹全局静态路径与局部动态路径的两方面研究，论文的主要工作如下。

针对如何在宏观环境下合理规划无人机全局最优最短水平航迹，本文提出一种基于

分级思想的多级蚁态蚁群改进算法。该算法融入人工蜂群分级思想，将传统蚁群算法的

蚂蚁种群分为三级，综合优化信息素更新模型，令各级个体基于不同加权算子更新信息

素，加强优势路线对算法规划的导向作用，并通过引入限制因子和适应度算子，动态平

衡各级蚁态数量。通过固定邻域优化算法强化局部寻优能力，避免陷入局部最优陷阱。

针对宏观规划的大致路径可能在微观环境下存在斜穿障碍的问题，应进一步优化局

部路径，让无人机能够在复杂环境下有效地躲避动态障碍，本文基于微观环境下提出一

种基于改进D*LITE的二维路径连续动态规划算法。该算法修正传统切比雪夫估计算子，

引入人工势场思想，基于引力算子改进键值计算机制，提出了一种启发估计算子，强化

节点相对全局路线的代价，并在此基础上利用方向禁忌矩阵优化路径，避免斜穿障碍节

点，基于冗余点删除机制对规划路线进行平滑处理。该算法有效地减少了动态更新键值

的频次，可以在未知情况下对任意突变节点进行动态规划。

最后，本文通过相应的对比实验，可从结果显示出本文提出的全局路径静态规划算

法较现有方法相比最优解迭代次数与运行时间相比可以减少约40%与50%，并且本文提

出的局部路径动态规划算法较现有改进D*LITE算法有效避免斜穿障碍，相比现有算法

提出了一种连续动态规划模式且运行时间减少约60%。基于Qt仿真软件应用上述两章

实现算法解决实际问题，验证了本文无人机水平航迹路径规划算法研究的有效性。

关键词：无人机；路径规划；蚁群算法；D*LITE

无人机水平航迹路径规划算法研究

ABSTRACT

WiththerapiddevelopmentofUAVtechnology,UAVsarebecomingmoreintelligentand

theincreasinglycomplexairenvironmenthasputforwardnewdemandsonUAVhorizontal

trajectoryplanningalgorithms.Thehorizontaltrajectoryhastosatisfyboththeglobalroute

optimalityandkeepthelocalrouteawayfromobstaclestoensureflightsafety.Therefore,this

paperstipulatestwoaspectsofresearchbasedonplanningtheglobalstaticpathandlocal

dynamicpathofUAVhorizontaltrajectoryunderthesameverticalaltitude,andthemain

workofthepaperisasfollows.

ForhowtoreasonablyplantheglobaloptimalshortesthorizontaltrajectoryofUAVin

macroenvironment,thispaperproposesamulti-level