[发明专利]无人机速度规划方法

说明书

本发明提供了一种无人机速度规划方法，包括：步骤1：根据飞行路径的曲线参数，构建新的变量，对目标函数进行重构，得到优化模型；步骤2：不考虑跃度约束，对优化模型进行第一次重构；步骤3：对第一次重构的优化模型进行双向扫描得到初步速度分布；步骤4：考虑跃度约束，对优化模型进行第二次重构，并进行线性规划，求得最终的速度分布；步骤5：根据最终的速度分布设定频率，通过曲线插补得到位置及速度的时序信息；步骤6：根据得到的位置及速度的时序信息，通过中央处理器对无人机进行速度的规划。本发明可解决给定飞行路径下时间最优的速度规划问题，并具有极高的计算效率。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种无人机速度规划方法。尤其地，涉及一种高效的时间最优情况下的无人机速度规划方法。

背景技术

轨迹规划是无人机自主巡航中最重要的任务之一，该问题普遍通过路径生成和速度规划两个步骤求解。目前，无人机速度规划问题主要有数值积分、动态规划和凸优化等几大类求解方法。但大多数方法计算复杂度较高，计算时间较长，对于实时的任务处理可能产生不利的影响。

一些凸优化问题通过重构，可以转化成线性规划问题或可以通过适当的不动点求解等算法解决，降低计算的复杂度。基于上述考虑，本研究提出使用双向扫描、求解复合函数不动点和线性规划的方法获得无人机沿给定路径的时间最优情况下速度分布，以提高无人机进行速度规划的高效性，具有重要的理论和现实意义。

本发明具体通过不考虑跃度约束和考虑跃度约束两个步骤来求得最优的速度分布，过程中通过对问题进行重构，采用双向扫描、求解复合函数不动点和线性规划的方法来进行求解。

专利文献CN109871031A(申请号：201910169620.0)公开了一种固定翼无人机的轨迹规划方法，包含以下步骤：步骤一、根据固定翼无人机基本参数设定固定参数，初始化任务要求和相关控制参数等；步骤二、固定翼无人机通过传感器实时检测飞行前方状况，根据预判式碰撞检测方法，判断障碍物是否真正对固定翼无人机构成威胁；步骤三、根据实时检测的威胁结果，采取不同的控制策略进行飞行；步骤四、重复步骤二和步骤三，控制固定翼无人机飞行，直到到达目标位置。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无人机速度规划方法。

根据本发明提供的无人机速度规划方法，包括：

步骤1：根据飞行路径的曲线参数，构建新的变量，对目标函数进行重构，得到优化模型；

步骤2：不考虑跃度约束，对优化模型进行第一次重构；

步骤3：对第一次重构的优化模型进行双向扫描得到初步速度分布；

步骤4：考虑跃度约束，对优化模型进行第二次重构，并进行线性规划，求得最终的速度分布；

步骤5：根据最终的速度分布设定频率，通过曲线插补得到位置及速度的时序信息；

步骤6：根据得到的位置及速度的时序信息，通过中央处理器对无人机进行速度的规划。

优选地，所述步骤1包括：

构建新的变量，计算公式如下：

a(u)＝v'(u)v(u)

b(u)＝v(u)²

其中，

a(u)、b(u)表示：通过数学表达式构建的新的变量；

v'(u)表示：v(u)对参数u的导数；

v(u)表示：参数u对时间t的导数；

u表示：飞行路径的曲线参数；