?一、獲取代碼方式

獲取代碼方式1：
完整代碼已上傳我的資源：【三維路徑規(guī)劃】基于matlab人工勢場算法無人機(jī)三維路徑規(guī)劃【含Matlab源碼 168期】

獲取代碼方式2：
付費(fèi)專欄Matlab路徑規(guī)劃（初級版）

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?二、無人機(jī)簡介

0 引言
隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，飛行器種類不斷變多，應(yīng)用也日趨專一化、完善化，如專門用作植保的大疆PS-X625無人機(jī)，用作街景拍攝與監(jiān)控巡察的寶雞行翼航空科技的X8無人機(jī)，以及用作水下救援的白鯊MIX水下無人機(jī)等，決定飛行器性能主要是內(nèi)部的飛控系統(tǒng)和外部的路徑規(guī)劃問題。就路徑問題而言，在具體實(shí)施任務(wù)時(shí)僅靠操作員手中的遙控器控制無人飛行器執(zhí)行相應(yīng)的工作，可能會(huì)對操作員心理以及技術(shù)提出極高的要求，為了避免個(gè)人操作失誤，進(jìn)而造成飛行器損壞的危險(xiǎn)，一種解決問題的方法就是對飛行器進(jìn)行航跡規(guī)劃。
飛行器的測量精度，航跡路徑的合理規(guī)劃，飛行器工作時(shí)的穩(wěn)定性、安全性等這些變化對飛行器的綜合控制系統(tǒng)要求越來越高。無人機(jī)航路規(guī)劃是為了保證無人機(jī)完成特定的飛行任務(wù)，并且能夠在完成任務(wù)的過程中躲避各種障礙、威脅區(qū)域而設(shè)計(jì)出最優(yōu)航跡路線的問題。

1 常見的航跡規(guī)劃算法

圖1 常見路徑規(guī)劃算法
文中主要對無人機(jī)巡航階段的航跡規(guī)劃進(jìn)行研究，假設(shè)無人機(jī)在飛行中維持高度與速度不變，那么航跡規(guī)劃成為一個(gè)二維平面的規(guī)劃問題。在航跡規(guī)劃算法中,A算法計(jì)算簡單，容易實(shí)現(xiàn)。在改進(jìn)A算法基礎(chǔ)上，提出一種新的、易于理解的改進(jìn)A算法的無人機(jī)航跡規(guī)劃方法。傳統(tǒng)A算法將規(guī)劃區(qū)域柵格化，節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展只限于柵格線的交叉點(diǎn)，在柵格線的交叉點(diǎn)與交叉點(diǎn)之間往往存在一定角度的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向。將存在角度的兩段路徑無限放大、細(xì)化，然后分別用兩段上的相應(yīng)路徑規(guī)劃點(diǎn)作為切點(diǎn)，找到相對應(yīng)的組成內(nèi)切圓的圓心，然后作弧，并求出相對應(yīng)的兩切點(diǎn)之間的弧所對應(yīng)的圓心角，根據(jù)下式計(jì)算出弧線的長度

式中：R———內(nèi)切圓的半徑；
α———切點(diǎn)之間弧線對應(yīng)的圓心角。

?三、人工勢場算法簡介

人工勢場算法之所以無法適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境, 是因?yàn)槌饬鱿禂?shù)、引力場系數(shù)在計(jì)算時(shí)是固定不變的。
1 人工勢場法基本原理
人工勢場法的實(shí)質(zhì)是對無人機(jī)的飛行區(qū)域人為地定義勢場[17], 該勢場為地圖中出現(xiàn)的障礙物斥力場和終點(diǎn)引力場的向量疊加。傳統(tǒng)人工勢場的定義如下:
假設(shè)無人機(jī)的位置為X= (x, y, z) , 則目標(biāo)點(diǎn)引力場與無人機(jī)電子之間的電勢場為

式中:Katt為勢場增益系數(shù);XG為目標(biāo)點(diǎn)的位置。
定義Fatt (X) 為引力勢場的引力,

定義障礙物的斥力勢場為

定義障礙物的斥力為

式中:Frep為障礙物對無人機(jī)的斥力勢場系數(shù);X-X0的單位是m, 表示移動(dòng)的無人機(jī)到各個(gè)障礙物的動(dòng)態(tài)距離;ρ0為障礙物的影響距離。所以移動(dòng)的無人機(jī)像一個(gè)電子一樣, 它的總勢場為無人機(jī)與障礙物各個(gè)勢場的和:

對無人機(jī)的作用力Ftotal為

由式 (6) 可以算出無人機(jī)的下一步運(yùn)動(dòng)軌跡。

雖然人工勢場法有很多優(yōu)點(diǎn), 但是在實(shí)際飛行中, 環(huán)境比較復(fù)雜的時(shí)候, 經(jīng)常出現(xiàn)障礙物在目標(biāo)位置附近的情況, 當(dāng)無人機(jī)向目標(biāo)點(diǎn)飛行時(shí), Fatt減小Frep增大, 此時(shí)會(huì)出現(xiàn)無人機(jī)在終點(diǎn)區(qū)域拐彎的情況;當(dāng)無人機(jī)處在障礙物運(yùn)動(dòng)時(shí), 可能出現(xiàn)無人機(jī)處在合力為零點(diǎn)的情況, 因而無人機(jī)不能到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

?四、部分源代碼

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tic
%%
%==========================================================================
%初始化
%==========================================================================
P0 = [0;0;0];%起點(diǎn)位置
n = 7;%障礙個(gè)數(shù)
Tar = [10;10;10];%%目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)
Obs = [10 10 10;1 1.2 1;3 2.5 3;4 4.5 4;3 6 3;6 2 6;6 6 6;8 8.5 8]';%目標(biāo)點(diǎn)與障礙位置 第一列是目標(biāo)點(diǎn)
%%
figure(1);
plot3(Obs(1,2:8),Obs(2,2:8),Obs(3,2:8),'o');hold on;
plot3(Obs(1,1),Obs(2,1),Obs(3,1),'O');
for i=1:5
    po = i;%障礙影響距離
[P,K]=shi(po,Tar,n,P0,Obs);
%==========================================================================
%畫圖
%==========================================================================
switch i
    case 1
plot3(P(1,1:K),P(2,1:K),P(3,1:K),'.b');
    case 2
       plot3(P(1,1:K),P(2,1:K),P(3,1:K),'.r'); 
    case 3
        plot3(P(1,1:K),P(2,1:K),P(3,1:K),'.g');
    case 4
        plot3(P(1,1:K),P(2,1:K),P(3,1:K),'.m');
        
    otherwise
        plot3(P(1,1:K),P(2,1:K),P(3,1:K),'.k');
end
end
toc

?五、運(yùn)行結(jié)果

?六、matlab版本及參考文獻(xiàn)

1 matlab版本
2014a

2 參考文獻(xiàn)
[1]焦陽.基于改進(jìn)蟻群算法的無人機(jī)三維路徑規(guī)劃研究[J].艦船電子工程. 2019,39(03)

3 備注
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