【MATLAB例程】三维快速扩展随机树(RRT)路径规划与到达角(AOA)、到达时间差(TDOA)融合定位,附下载链接

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程序简介

本程序主要分为路径规划和定位两部分。路径规划采用快速扩展随机树(RRT)算法,在三维空间中规划一条能够绕开障碍物的运动路径;定位部分采用到达角(AOA)和到达时间差(TDOA)两种量测信息,并将两者结合起来估计目标的位置。

路径规划

RRT的基本思路比较直观:程序会不断在三维空间中随机选取新的位置,并从已有路径树中找到距离最近的节点,然后朝这个方向继续扩展。每次扩展时都会检查路径是否与障碍物发生碰撞,只有安全的节点才会加入路径树。找到终点后,再从终点向前回溯,就可以得到一条完整的三维避障路径。

AOA与TDOA定位

AOA主要提供目标相对于各个锚节点的方向信息,在三维情况下包括方位角和俯仰角;TDOA则通过比较目标到不同锚节点之间的距离差,为目标位置提供进一步约束。

程序将AOA和TDOA两类量测信息放在一起进行联合计算,通过不断调整估计位置,使预测量测与实际量测之间的误差尽可能小,最终得到目标的三维位置估计结果。

运行结果

路径规划结果图:

路径规划轨迹与定位估计轨迹对比图:

各坐标分量随路径点序号变化曲线:

定位误差曲线:

命令行会输出路径长度、路径点数、规划迭代次数、平均定位误差、最大定位误差、最小定位误差和RMSE等统计结果。

MATLAB源代码

部分代码如下:

matlab 复制代码
%% 三维RRT路径规划与AOA-TDOA融合定位算法
% 作者: matlabfilter(V同号,可接代码定制、讲解)
% 2026-09-16/Ver2
%
% 程序流程:
%   1. 完成RRT三维采样路径规划,将规划路径点作为运动轨迹真值;
%   2. 在每个路径点处模拟AOA + TDOA量测;
%   3. 使用本脚本对应的定位模型估计路径点位置;
%   4. 使用普通figure窗口绘制规划轨迹、定位轨迹、坐标分量和误差曲线。

clear; clc; close all;
rng(0);

%% 参数设置
algorithmName = '三维RRT路径规划与AOA-TDOA融合定位算法';
measureName = 'AOA + TDOA';
sigmaAngle = 0.010;        % AOA角度噪声,单位rad
sigmaTdoaRange = 0.45;     % TDOA距离差噪声,单位m
maxGnIter = 14;            % Gauss-Newton最大迭代次数

%% 路径规划
[rawPath, anchors, mapLimit, obstacles, planStats] = planRrt3D();

%% 沿规划轨迹进行定位仿真
[estPath, posErr, iterUsed] = runAoaTdoaLocalization3D(rawPath, anchors, sigmaAngle, sigmaTdoaRange, maxGnIter, mapLimit);

%% 结果绘图与输出
plotPlanningResult(rawPath, anchors, mapLimit, obstacles, algorithmName);
plotLocalizationResult(rawPath, estPath, anchors, obstacles, mapLimit, algorithmName);
plotCoordinateResult(rawPath, estPath, algorithmName);
plotErrorResult(posErr, algorithmName);
printSummary(rawPath, posErr, iterUsed, planStats, algorithmName, measureName);

%% 函数

完整代码和函数:https://download.csdn.net/download/callmeup/93455644

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