[发明专利]一种基于Bezier曲线的固定翼无人机航迹优化方法

权利要求书

1.一种基于Bezier曲线的固定翼无人机航迹优化方法，其特征在于，所述航迹是一组包含(n+1)个航点的目标航点序列，(n+1)个航点构成n个Bezier航段，第i个航点W_i和第i+1个航点W_i+1构成第i个航段，i＝0,1,…,n；

该航迹优化方法根据不同的航段过渡策略，求出满足无人机安全曲率约束的过渡距离，得到各个Bezier控制点，最终确定Bezier航迹曲线，实现航迹优化，具体为：

1)采用提前转弯法作为航段过渡策略

①定距离法：通过第i和(i+1)个航段之间的夹角和给定的无人机安全曲率约束，求出W_i和W_i+1之间的安全过渡距离将d_κ(i)作为W_i和W_i+1之间的实际过渡距离d_fit(i)；其中Υ是向量和的夹角，c₁＝7.2364，κ_safe为无人机的安全曲率；

②交互距离法：

a)定义约束因子factor为d_W(n-1)、这四个约束项参数中的最小值；其中，d_W(n-1)为W_n-1和W_n之间的距离，d_κ(n-2)为W_n-2和W_n-1之间的安全过渡距离，d_left(n-2)为W_n-2和W_n-1之间的距离裕度，d_κ(n-3)为W_n-3和W_n-2之间的安全过渡距离，d_left(n-3)为W_n-3和W_n-2之间的距离裕度；

b)如果约束因子factor为d_W(n-1)、两项其中之一，则W_n-2和W_n-1之间的实际过渡距离d_fit(n-2)＝factor；如果约束因子factor为两项其中之一，则d_fit(n-2)＝min(d_W(n-1),(d_W(n-2)-factor))，d_W(n-2)为W_n-2和W_n-1之间的距离；W₀和W₁之间的实际过渡距离d_fit(0)＝min[d_W(0),(d_W(1)-d_fit(1)]；

③采用①或②中方法求得实际过渡距离后，利用两条3次Bezier曲线进行W_i到W_i+2之间过渡航迹的设计：

第一条3次Bezier曲线的Bezier控制点B₀-B₃的坐标关系如下：

第二条3次Bezier曲线的Bezier控制点E₀-E₃的坐标关系如下：

式中，为向量的单位向量，为向量的单位向量，为向量的单位向量，d＝d_fit(i)，g_b＝c₂h_b，g_e＝c₂h_e，Ψ是向量和的夹角，D_y是的Y轴分量；

2)采用过点跟踪法作为航段过渡策略

将W_i+1沿向量扩展到Q点，d_κ(i+1)＝d_Q，的模长D为W_i+1和W_i+2之间的距离，Υ′为向量和向量之间的夹角，Υ′通过求解方程确定；

利用两条3次Bezier曲线进行W_i到W_i+2之间过渡航迹的设计：

第一条3次Bezier曲线的Bezier控制点B₀-B₃的坐标关系如下：

第二条3次Bezier曲线的Bezier控制点E₀-E₃的坐标关系如下：

2.根据权利要求1所述的基于Bezier曲线的固定翼无人机航迹优化方法，其特征在于，d_left(i)与d_fit(i)和d_W(i)之间的关系，其数学表达式为：