使用dubins路徑和回旋曲線進(jìn)行多個無人機(jī)的路徑規(guī)劃-資料下載頁
2025-08-03 09:22本頁面
【正文】 沿著圓轉(zhuǎn)，因此中心向量c可以通過開始軸心得出Ect是中心向量的基礎(chǔ)向量組。剩下的連接向量αs，αf，ac可以根據(jù)開始軸心處的基礎(chǔ)向量得出（38） 中的中心向量變成正?；瘑挝恢行南蛄?，得到這是一個代表單位向量旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方程，因此，右旋向量必須是單位大小的，得到可以通過 來測試一個方案的可行性。為了計算旋轉(zhuǎn)角θs，方程可以改為擴(kuò)展公式并求出θs最后，可以求出角θf：另一種解法：擴(kuò)展之后得到：相關(guān)的菲涅爾積分為：級數(shù)展開式為： 模擬對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬計算。第一種情況是三個無人機(jī)在無障礙環(huán)境下的路徑規(guī)劃。無障礙環(huán)境下，公式（5）可以改為：僅限于躲避無人機(jī)的內(nèi)部沖突。圖10顯示了無人機(jī)UAV1，UAV2，UAV3的初始路徑，連接基地和目標(biāo)的最初路徑滿足最大曲率約束。對這些適航路徑進(jìn)行安全性測試，確保它們滿足安全約束。從圖中可以看出UAV1與其他兩條路徑相交，不滿足“最小分離距離”約束。用UAV1的路徑作為必要條件進(jìn)行測試（見公式（7）），發(fā)現(xiàn)UAV2和UAV3的路徑到中間航途點的距離之差大于安全半徑2Rs，因此，UAV2和UAV3都滿足安全約束。UAV1，UAV2，UAV3的路徑長度分別為：，,，把UAV2的路徑作為參考路徑。通過減小回旋曲線的曲率增加UAV1和UAV2的路徑長度。 。在新生成的路徑上再一次進(jìn)行安全性測試以確保避免碰撞。另一種情況，在復(fù)雜環(huán)境中，五架有四個中間航途點的無人機(jī)需要考慮。因此，公式（5）變成了：圖12是在復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行的路徑規(guī)劃模擬。位置和威脅都是隨機(jī)生成的。任兩個位置之間的距離至少是路徑曲率半徑的兩倍。圖中黃顏色的圓圈代表障礙。在這些位置之間規(guī)劃出適航路徑。從圖中可以看出無人機(jī)的飛行路徑滿足安全約束。，這種威脅是通過中間航途基準(zhǔn)點/位置解決的。用回旋曲線代替與禁飛區(qū)相交的路線，與圓相切的線代表路徑的直線部分。在每個安全帶和障礙區(qū)的交叉點都設(shè)置一個中間位置/航跡點。然后通過中間點重新規(guī)劃路徑。出圖中可以看出，當(dāng)一條路徑與單一的障礙相交的時候，重新規(guī)劃的路徑只需要躲避一個障礙，因此重新規(guī)劃是很簡單的。然而，當(dāng)無人機(jī)集群中出現(xiàn)障礙時，第二和第三架無人機(jī)路徑的重新規(guī)劃是困難的。無人機(jī)集群中的第二架無人機(jī)在第三和第四個節(jié)點之間有三個障礙，進(jìn)行過一次重新規(guī)劃后，它的路徑仍然與其他障礙交叉，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化。第三個無人機(jī)遇到的情況類似：兩個障礙同時出現(xiàn)。將圖12中最上面的一條路徑的曲率增加到等于參考路徑（即第五架無人機(jī)的路徑）。9,、結(jié)論本文使用了一種新的方法進(jìn)行一群無人機(jī)的適航路徑規(guī)劃。該方法通過模擬、優(yōu)化得到使一群無人機(jī)同時到達(dá)目標(biāo)的路徑。適航路徑是使用微分幾何原理進(jìn)行規(guī)劃的CLC回旋曲線Dubins路徑。通常通過制定可行路徑解決路徑規(guī)劃問題。解決方案分為三個階段：（一）產(chǎn)生適航路徑，（二）滿足安全約束，（三）路徑長度相等。第一階段為無人機(jī)規(guī)劃適航路徑，第二階段對路徑進(jìn)行安全性測試，規(guī)劃出安全的路徑，第三個階段將長度較短的路徑長度增加到與最長路徑相等。因此，路徑規(guī)劃的問題可以簡化為適航路徑的調(diào)整問題。同時，“最小分離距離”是一個充分條件，“非交叉路徑長度相等”是一個必要條件。在混亂和無障礙的環(huán)境中分別進(jìn)行了模擬。參考文獻(xiàn)
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