[发明专利]一种多旋翼无人机能量优化视觉覆盖轨迹规划方法

权利要求书

1.一种多旋翼无人机能量优化视觉覆盖轨迹规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、选取感兴趣的目标区域，首先获取能够满足任务要求的旋翼无人机空中路径点，使用一般的跟随地形视觉覆盖方式，在满足图像重叠率的要求下获取旋翼无人机空中路径点P_k＝(x_k，y_k，z_k)，k∈1，N；

步骤2、对旋翼无人机的实时能量消耗进行建模，以四旋翼无人机为例，将无人机飞行过程中的能量消耗描述为实时功率对时间的积分，建立起实时功率与无人机运动状态、起飞重量、风阻、空阻之间的对应关系，具体为：

其中，P为无人机实时消耗功率，q(t)和Q(t)为无人机的位置和姿态角，和为无人机的速度和角速度，m为无人机的起飞重量，f(t)为空气阻力和f_w(t)为风阻；

步骤3、将四旋翼无人机的动力学模型进行状态空间的表达，作为最优控制问题的受控系统状态方程，即其中为无人机的状态，u(t)为无人机的控制输入；

步骤4、以四旋翼无人机初始状态、终端状态、控制输入约束以及特定任务下的其他要求作为约束，无人机最小化消耗能量作为性能指标，结合无人机系统状态方程，可以建立如下最优控制问题：

x(t₀)＝x₀

x(t_f)＝x_f

F(ξ)＝0

其中，x₀无人机初始状态，x_f为无人机终端状态，为无人机的性能约束，F(ξ)为其他任务需求约束，包括无人机的相机指向约束、无人机姿态约束；

步骤5、根据建立的最优控制问题，求解任意两路径点之间的能量最优轨迹，并记录对应消耗的能量值e_ij，其中i，j∈{1，2，3...，N}表示路径点的索引序号，把所有路径点作为节点V，路径点之间的轨迹为边E，每条轨迹消耗的能量为权重，记入加权图G(V，E)；

步骤6、采用启发式算法对生成的加权图G(V，E)进行搜索，找到消耗能量最小的遍历顺序S和其对应的总能耗J_tot；

步骤7、使用上述步骤生成的能量最优视觉覆盖轨迹Tr对兴趣区域进行视觉覆盖，完成指定的视觉覆盖任务。