【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無人機集群導航，尤其涉及一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法。
技術介紹
1、隨著傳感器、處理器硬件和伺服驅動的性能提升以及體積小型化和成本下降，四旋翼無人機越來越多的進入到現實的生活中。相比于人或者其他機械設備，四旋翼無人機具有體積小、結構簡單、控制靈活等特點，具有廣泛的應用前景。目前四旋翼無人機在物流配送、農業植保、環境監測、未知環境探測等應用領域展現出了極大優勢和應用前景。實際應用場景往往多是復雜的動態環境，如人流、車流等。四旋翼無人機具備動態環境下的安全飛行意味著更廣泛的應用場景和更大的實際價值。如在物流配送中，配送環境的復雜性成為限制無人機在最后一公里配送中應用的主要因素。
2、模塊化的避障導航解決方案由于其可解釋、便于調試等優點，受到了廣泛的關注，并在靜態環境避障導航中取得了很好的效果。當前有學者提出了一種不需要esdf的基于梯度的軌跡規劃框架，大大減少了計算時間。主要的改進是通過比較發生碰撞的軌跡和無碰撞引導路徑來表示懲罰函數中的碰撞項。只有當軌跡遇到新的障礙物時，相應的障礙物信息才會被存儲，這使得規劃器只需提取必要的障礙物信息。
3、上述方法在具有密集障礙物的環境(cluttered?environment)進行避障導航需要極其精確的感知和定位。當環境中存在多個同構的無人機時，情況會更加的復雜。多無人機集群在密集環境中的避障導航使傳統的模塊化的避障導航方案面臨著諸多挑戰：1)在單無人機避障中，自身的定位只專注于和周圍環境的相對位置關系，因此定位系統常有的定位漂移問題在
技術實現思路
1、基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法。
2、一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，包括以下步驟：
3、構建規劃空間坐標系，獲取位姿數據和點云觀測數據；
4、根據所述規劃空間坐標系進行點云極坐標柵格化處理，得到極坐標柵格圖；
5、構建環境編碼器，根據所述位姿數據、所述極坐標柵格圖和所述環境編碼器，得到動態環境的特征編碼；
6、構建混合動作輸出頭，根據所述混合動作輸出頭和所述動態環境的特征編碼，得到輸出連續動作。
7、在其中一個實施例中，構建規劃空間坐標系包括：
8、獲取無人機的目標位置，根據所述無人機的目標位置構建規劃空間坐標系：
9、
10、dg＝pg-p
11、其中，表示規劃空間坐標系，g表示重力矢量，dg表示無人機的目標矢量，pg表示無人機的目標位置，表示規劃空間坐標系的x軸，表示規劃空間坐標系的y軸，表示規劃空間坐標系的z軸，p表示當前時刻無人機的位置。
12、在其中一個實施例中，根據所述規劃空間坐標系進行點云極坐標柵格化處理，得到極坐標柵格圖包括：
13、根據所述點云觀測數據得到觀測點極坐標；
14、根據所述觀測點極坐標，得到對應的柵格；
15、根據所述柵格，得到極坐標柵格圖。
16、在其中一個實施例中，根據所述點云觀測數據得到觀測點極坐標包括：
17、根據所述點云觀測數據得到每個觀測點的直角坐標系坐標(xm,ym,zm)；
18、通過如下公式將所述觀測點的直角坐標系坐標轉換為觀測點極坐標(rm,θm,φm)：
19、
20、θm＝arctan?2(ym，xm)
21、
22、其中，xm表示觀測點水平方向上的位置，ym表示觀測點垂直方向上的位置，zm表示觀測點深度方向上的位置，rm表示觀測點極經長度，θm表示觀測點極坐標水平視場夾角，φm表示觀測點直角坐標垂直視場夾角。
23、在其中一個實施例中，根據所述觀測點極坐標，得到對應的柵格包括：
24、設定觀測點極坐標水平視場夾角范圍和觀測點直角坐標垂直視場夾角范圍；
25、設定觀測點極坐標水平視場夾角柵格數和觀測點直角坐標垂直視場夾角柵格數；
26、根據所述觀測點極坐標水平視場夾角柵格數和所述觀測點直角坐標垂直視場夾角柵格數得到觀測點對應的柵格(im,jm)：
27、
28、其中，δθ表示柵格代表的觀測點極坐標水平視場夾角范圍，表示柵格代表的觀測點直角坐標垂直視場夾角范圍，ws表示觀測點極坐標水平視場夾角柵格數，hs表示觀測點直角坐標垂直視場夾角柵格數，φmin表示觀測點直角坐標垂直視場夾角最小值，φmax表示觀測點直角坐標垂直視場夾角最大值；
29、
30、其中，im表示觀測點對應的柵格水平視場索引，jm表示觀測點對應的柵格垂直視場索引，θm表示觀測點極坐標水平視場夾角，δθ表示柵格代表的觀測點極坐標水平視場夾角范圍，φmin表示觀測點直角坐標垂直視場夾角最小值，表示柵格代表的觀測點直角坐標垂直視場夾角范圍，φm表示觀測點直角坐標垂直視場夾角。
31、在其中一個實施例中，根據所述柵格，得到極坐標柵格圖包括：
32、根據所述柵格得到柵格值：
33、
34、其中，ip[i,j]表示柵格(im,jm)的柵格值，ri,j表示柵格(im,jm)內的所有點的距離的最小值，∈r表示一個小正數；
35、根據所述柵格值生成極坐標柵格圖。
36、在其中一個實施例中，環境編碼器包括：柵格圖特征提取網絡、位姿特征擴張網絡和時序卷積網絡。
37、在其中一個實施例中，根據所述位姿數據、所述極坐標柵格圖和所述環境編碼器，得到動態環境的特征編碼包括：
38、將所述位姿數據和所述極坐標柵格圖輸入進所述環境編碼器；
39、所述柵格圖特征提取網絡根據所述極坐標柵格圖，得到第一特征向量；
40、所述位姿特征擴張網絡根據所述位姿數據，得到第二特征向量；
41、將所述第一特征向量和第二特征向量進行拼接，得到第三特征向量；
42、所述時序卷積網絡根據所述第三特征向量，得到動態環境的特征編碼。
43、在其中一個實施例中，混合動作輸出頭包括：全連接網絡、πd網絡和πrv網絡；其中，所述πd網絡由全連接網絡和softmax輸出激活函數組成，用于輸出每個離散動作的概率；所述πrv網絡由兩個全連接層組成，最本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述構建規劃空間坐標系包括：
3.根據權利要求1所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述根據所述規劃空間坐標系進行點云極坐標柵格化處理，得到極坐標柵格圖包括：
4.根據權利要求3所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述根據所述點云觀測數據得到觀測點極坐標包括：
5.根據權利要求3所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述根據所述觀測點極坐標，得到對應的柵格包括：
6.根據權利要求3所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述根據所述柵格，得到極坐標柵格圖包括：
7.根據權利要求1述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述環境編碼器包括：柵格圖特征提取網絡、位姿特征擴張網絡和時序卷積網絡。
8.根據權利要求7一種基于動態環境編碼的多無
9.根據權利要求1述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述混合動作輸出頭包括：全連接網絡、πd網絡和πrv網絡；其中，所述πd網絡由全連接網絡和Softmax輸出激活函數組成，用于輸出每個離散動作的概率；所述πrv網絡由兩個全連接層組成，最后的輸出使用Tanh作為激活函數。
10.根據權利要求9述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述根據所述混合動作輸出頭和所述動態環境的特征編碼，得到輸出連續動作包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述構建規劃空間坐標系包括：
3.根據權利要求1所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述根據所述規劃空間坐標系進行點云極坐標柵格化處理，得到極坐標柵格圖包括：
4.根據權利要求3所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述根據所述點云觀測數據得到觀測點極坐標包括：
5.根據權利要求3所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述根據所述觀測點極坐標，得到對應的柵格包括：
6.根據權利要求3所述一種基于動態環境編碼的多無人機端到端導航方法，其特征在于，所述根據所述柵格，得到極坐標柵格圖包括：
7.根據權...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王鋼，周子煜，孫健，劉道明，肖偉，王際開，儲心懌，趙新煒，鄧方，
申請(專利權)人：北京理工大學重慶創新中心，
類型：發明
國別省市：
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