[发明专利]多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法

权利要求书

1.一种多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法，其特征在于，所述的轨迹生成方法包括以下步骤：

S1、对移动平台轨迹进行拟合：视觉检测一段时间内移动平台的位置，根据一段时间内已知若干个时间点的观测值，利用n次多项式对移动平台的运行轨迹进行拟合，生成一条最接近移动平台的运行轨迹的多项式曲线；

S2、预测移动平台状态：根据移动平台的运行轨迹方程预测k个未来时间点的移动平台状态，其中，所述移动平台状态用位置、速度和加速度表示，通过等间隔采样，获得k个未来时间点的移动平台状态；

S3、根据无人机当前状态和地图信息，以能量最优性和航向角最优性为性能指标，对k个未来时间点的移动平台状态分别进行轨迹生成，共生成k条可行轨迹；其中，所述的步骤S3中利用分段多项式曲线表示轨迹曲线

其中，p(t)是分段多项式表示的轨迹曲线，i表示第i段轨迹，j表示每段多项式的参数序号，a_ij表示第i段轨迹多项式的第j个参数，t表示时间，t_i表示第i个时刻，t₀表示开始时刻，t_m表示结束时刻，m表示轨迹段数，总共有m段轨迹；

把轨迹生成转化为约束优化问题求解，建立每条轨迹的总的性能指标如下：

其中，ρ是可调比例系数，p⁽³⁾(t)表示轨迹的3次导数，ψ(t)表示无人机的偏航角，ξ(t)表示轨迹的切线方向，v_y(t)表示轨迹沿y轴方向的速度分量，v_x(t)表示轨迹沿x轴方向的速度分量；

性能指标由两部分组成，第一部分表示能量，即期望轨迹消耗能量期望最优；第二部分表示航向偏差，期望无人机航向能够沿着轨迹切线方向前进；ρ是可调比例系数；

建立如下约束条件：

(p(t)-P_i⁰)²≤r_i,t_i-1≤t≤t_i,i＝1..m-1 (4)

p⁽¹⁾(t)∈Ω_v (5)

p⁽²⁾(t)∈Ω_a (6)

其中，公式(1)是起点约束，公式(2)是终点约束，公式(3)是每两段轨迹连接处连续性约束，公式(4)是不包括起点和终点的中间路径点位置约束，公式(5)是整条轨迹的速度约束，公式(6)是整条轨迹的加速度约束，公式(7)是整条轨迹的航向角约束，式中，p^(k)(t)表示轨迹的k次导数，k可取{0，1，2，3}，P₀^k表示已知的起点位置的k次导数，P_m^k表示已知的终点位置的k次导数，P_i⁰表示已知的第i段轨迹的末端位置，t_i-表示t_i时刻的左极限，t_i+表示t_i时刻的右极限，r_i表示第i个路径点可行域的半径，Ω_v表示速度可行域，Ω_a表示加速度可行域，θ表示视觉传感器的最大感知范围角；

S4、根据每条可行轨迹的性能指标以及和移动平台的贴近性，从k条可行轨迹中选择最优的一条轨迹输出。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法，其特征在于，所述的步骤S1中采用最小二乘法对移动平台的运行轨迹进行拟合。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法，其特征在于，所述的步骤S2中通过对移动平台的运行轨迹的多项式曲线进行求导获得速度和加速度轨迹曲线。

4.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法，其特征在于，所述的步骤S3中能量最优性是指位置轨迹的三次导最小，航向角最优性是指航向角尽量指向轨迹切线方向。