[发明专利]基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，包括：将直线飞行与曲线飞行动作结合，确定无人机实际转向飞行路径分类为：直线飞行路径、先直线飞行后曲线飞行路径、先曲线飞行后直线飞行路径、先曲线飞行中间直线飞行后曲线飞行路径、曲线飞行路径。基于贝塞尔曲线，进行向心加速度规划；根据初速度、末速度、初始的最大速度，判断无人机的状态，规划速度、加速度与航行时间的关系，进行路径时间规划。该路径规划方法解决了在转向过程中产生的速度与加速度的函数不连续不可导的技术难点，具有计算量小，稳定性高的优点。

技术领域

本发明涉及无人机路径规划技术领域，具体涉及一种基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法。

背景技术

由于惯性强，空气阻力弱的原因，无人机无法在空中完成角度明确的变向，任何变向的动作，只要当前航向角度与目标航向角度的差值不为0，都需要通过划过一段圆弧的方式完成变向。以如下工况为例，假设无人机在变向之前的状态为匀速直线运动，此时速度是一个常数V₁，加速度是0；经过90°变向，假设这段圆弧的速度是一个常数V₂，向心加速度是一个常数a2；在变向之后，无人机同样要回到之前的状态，即速度是一个常数V₁，加速度是0。在这个过程中，无人机的速度变化：从匀速直线运动的一个恒定速度V₁到圆周运动的另一个恒定速度V₂，再回到匀速直线运动的一个恒定速度V₁。这个过程是不连续的。同理，对于无人机的加速度而言，同样是不连续的。

对运动中的无人机而言，一切速度和加速度的变化，都由改变马达的转速来完成，而马达的转速是由通过马达的电压和电流控制的，而电荷的运动是一个连续的过程。因此，马达转速的调整也必须是连续的。如果即使像前文中的例子那样规划无人机的变向，会产生两次速度和加速度不连续的情况，这种情况是无人机的马达无法执行的，导致无人机的稳定性变差。更何况实际应用中，无人机要面临的控制问题较复杂，加速度和速度都会随时变化。

针对上述问题，现有主要基于B样条基函数进行路径规划。B样条基函数是经过一系列给定点的光滑曲线，该曲线具有连续的、曲率变化均匀的特点。但在实际工业应用场景中，常有目标曲线复杂的情况，此时需要的控制点变多且需要的计算量变大。基于B样条基函数进行路径规划的方法虽然可行，但是是低效率的。另外对于B样条基函数，改变其中一个控制点，那么整条曲线都会随之改变。因此该方法同样有稳定性较差的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，以解决无人机在转向过程中产生的速度与加速度的函数不连续不可导的问题，进行转向路径规划。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，包括：

采集无人机实际转向飞行路径数据，根据飞行动作对实际转向飞行路径进行分类；

基于贝塞尔曲线对实际转向飞行路径进行规划，生成目标转向飞行路径，对实际转向飞行路径进行修正。

优选的，无人机的飞行动作包括直线飞行与曲线飞行，将直线飞行与曲线飞行动作结合，确定无人机实际转向飞行路径分类为：直线飞行路径、先直线飞行后曲线飞行路径、先曲线飞行后直线飞行路径、先曲线飞行中间直线飞行后曲线飞行路径、两段连接的曲线飞行路径。

优选的，根据无人机目标初始航行节点与目标转向航行节点之间的距离、目标最终航行节点与目标转向航行节点之间的距离确定目标安全半径，并以目标转向航行节点为圆心，确定规划曲线的目标安全范围；根据目标初始航行节点、目标最终航行节点分别与目标转向航行节点之间的连线与目标安全范围的交点，以及目标初始航行节点、目标转向航行节点、目标最终航行节点，确定规划所需的贝塞尔曲线，生成目标转向飞行路径。