[发明专利]一种基于地形跟随的四旋翼飞行器自适应运动规划方法

权利要求书

1.一种基于地形跟随的四旋翼飞行器自适应运动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用激光雷达来获取地形信息；

建立四旋翼飞行器的模型和运动方程；

采用高斯滤波算法进行轨迹规划，获得四旋翼飞行器的飞行轨迹；

确定约束条件和目标函数，建立MPC控制器；

四旋翼飞行器通过MPC控制器来跟踪飞行轨迹；

其中，所述采用高斯滤波算法进行轨迹规划，获得四旋翼飞行器的飞行轨迹，具体包括：

在当前目标点的附近选取多个数据点；

采用二维的高斯函数计算当前目标点和每一个数据点的权重，然后将权重归一化，得到当前目标点的实际坐标；

重复前述步骤得到多个当前目标点的实际坐标，根据所有当前目标点的实际坐标得到飞行轨迹；

其中，所述确定约束条件和目标函数，建立MPC控制器，包括：

建立预测模型；

采用优化目标函数对预测模型进行优化，得到控制时域内的控制序列，所述优化目标函数如下：

式中，x表示状态矢量，N表示模型时域长度，T表示矩阵的转置，P表示终端状态权重矩阵，Q表示状态权重矩阵，R表示控制权重矩阵，u表示控制输入；x_N、U_k分别表示在N时刻的状态，在k时刻的输入；

确定约束条件为：u_min≤u≤u_max，u_min和u_max分别表示输入的下边界和上边界；

最终建立得到的MPC控制器为：

minJ(t)

x₀＝x(t)

u_min≤u≤u_max

所述建立预测模型中，采用状态方程作为预测模型，即其中，表示状态矢量x的一阶导数，x表示状态矢量，u表示控制输入，x₀＝x(t)是初始状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于地形跟随的四旋翼飞行器自适应运动规划方法，其特征在于：所述利用激光雷达来获取地形信息中，所述地形信息是指地面呈现出的高低起伏的各种状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于地形跟随的四旋翼飞行器自适应运动规划方法，其特征在于，所述利用激光雷达来获取地形信息中，通过激光雷达测量激光发出和收到回波的时间差，并利用激光测距原理计算来得到目标的方位和距离。