面向无人机路径规划的A*-DWA分层融合算法OA
Research on UAV Path Planning Based on an Improved A*-DWA Hierarchical Fusion Algorithm
针对传统A*算法在三维复杂环境中搜索效率低、路径平滑度差以及局部避障能力有限的问题,提出一种A*-DWA分层融合算法.该算法基于26邻域节点搜索策略对A*算法进行三维空间拓展,在代价评估函数中引入动态调节项实现权重自适应调整,并结合Douglas-Peucker算法和三次B样条曲线实现路径平滑;融合三维扩展的DWA算法以弥补A*算法局部避障能力的不足,通过运动学解耦构建三维动态窗口模型,并引入余弦相似度改进评价函数,增强实时避障性能;设计动态反馈机制实现全局路径的自适应修正,形成"A*全局规划-DWA局部避障-动态反馈"的闭环优化体系.仿真结果表明,在三维静/动态环境中,A*-DWA分层融合算法的路径长度、规划时间、路径平滑度均显著优于其他对比算法,多场景下避障成功率达90%以上,验证了A*-DWA分层融合算法的有效性.
To address the issues of low search efficiency,poor path smoothness,and limited local obstacle avoidance in traditional A* algorithms within complex 3D environments,this paper proposed a hierarchical fusion algorithm combining A* and DWA.The algorithm first extended the A*algorithm into 3D space using a 26-neighbor node search strategy.It introduced a dynamic adjustment term into the cost evaluation function to achieve adaptive weighting,and employed the Douglas-Peucker algorithm combined with cubic B-spline curves to smooth paths.Second,it integrated a 3D-extended DWA algorithm to compensate for A*'s local obstacle avoidance limitations.A 3D dynamic window model was constructed via kinematic decoupling,and a cosine similarity measure was introduced to enhance the evaluation function,thereby improving real-time obstacle avoidance performance.Finally,a dynamic feedback mechanism was designed to enable adaptive correction of the global path,forming a closed-loop optimization system:"A* global planning-DWA local obstacle avoidance-Dynamic feedback."Simulation results demonstrated that in both static and dynamic 3D environments,the A*-DWA hierarchical fusion algorithm significantly outperformed other comparison algorithms in path length,planning time,and path smoothness.Obstacle avoidance success rates exceeded 90%across multiple scenarios,validating the effectiveness of the A*-DWA hierarchical fusion algorithm.
常绪成;张心慧;党帅龙;朱锋;王敬宇;徐高涵
郑州航空工业管理学院 自动化学院,河南 郑州 450046郑州航空工业管理学院 航空宇航学院,河南 郑州 450046郑州航空工业管理学院 航空宇航学院,河南 郑州 450046郑州航空工业管理学院 航空宇航学院,河南 郑州 450046郑州航空工业管理学院 航空宇航学院,河南 郑州 450046郑州航空工业管理学院 航空宇航学院,河南 郑州 450046
航空航天
A*算法无人机路径规划DWA算法B样条曲线分层融合
A* algorithmunmanned aerial vehicle(UAV)path planningdynamic window approach(DWA)algorithmB-spline curvehierarchical fusion
《现代防御技术》 2026 (1)
14-29,16
中国高校产学研创新基金(2024ZY019)河南省校企协同创新项目(26AXQXT109)郑州航空工业管理学院研究生教育创新计划基金(2025CX141)航空科学基金(20200001055001)河南省自然科学基金面上项目(252300421888)、河南省科技攻关计划(252102220056,252102240106)、河南省高等学校重点科研项目(26B590002)、郑州航院科研团队(24ZHTD01003).
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