基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法与流程

技术特征：
1.一种基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述的基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于，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为：p(t)＝p0b
0,4
(t) p1b
1,4
(t) p2b
2,4
(t) p3b
3,4
(t) p4b
4,4
(t)＝(1
‑
t)4p0 4t(1
‑
t)3p1 6t2(1
‑
t)2p2 4t3(1
‑
t)p3 t4p4其中，p0、p1、p2、p3、p4表示规划贝塞尔曲线的控制点，b
0,4
(t)、b
1,4
(t)、b
2,4
(t)、b
3,4
(t)、b
4,4
(t)为对应的伯恩斯坦多项式。5.根据权利要求3所述的基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于，若确定的规划所需的贝塞尔曲线与目标安全范围不相切，修正贝塞尔曲线，使修正后的贝塞尔曲线与目标安全范围相切。6.根据权利要求3所述的基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于，若为直线飞行路径，则目标初始航行节点、目标转向航行节点、目标最终航行节点在同一水平度上，确定目标安全半径为0，目标初始航行节点、目标转向航行节点之间的距离为目标安全范围，根据目标初始航行节点、目标转向航行节点、目标最终航行节点确定的直线为相应规划的目标转向飞行路径。7.根据权利要求3或6所述的基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于：若为先直线飞行后曲线飞行路径，则根据确定的贝塞尔曲线，确定入弧航行节点，计算目标初始航行节点与入弧航行节点之间的距离；根据目标初始航行节点与入弧航行节点之间的距离、以及贝塞尔曲线的长度，确定目标安全范围；若为先曲线飞行后直线飞行路径，则根据确定的贝塞尔曲线，确定入弧航行节点，计算目标转向航行节点与入弧航行节点之间的距离；根据目标转向航行节点与入弧航行节点之间的距离、以及贝塞尔曲线的长度，确定目标安全范围；若为先曲线飞行中间直线飞行后曲线飞行路径，则根据确定的贝塞尔曲线，计算两段
贝塞尔曲线的入弧航行节点之间的距离；根据计算两段贝塞尔曲线的入弧航行节点之间的距离、以及贝塞尔曲线的长度，确定目标安全范围；若为曲线飞行路径，则根据确定的两段贝塞尔曲线的长度，确定目标安全范围。8.根据权利要求3所述的基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于，对转向飞行路径的任意航行节点，计算受下一个航行节点限制的当前航行节点的初始的最大速度；根据初速度、末速度、初始的最大速度，判断无人机的状态，修正最大目标速度，预测变速所需的目标航行路程与目标航行时间，规划速度、加速度与航行时间的关系，进行路径时间规划。9.根据权利要求8所述的基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于：若初速度＝末速度＜初始的最大速度，将初速度加速到初始的最大速度所需距离与初始的最大速度减速到末速度所需距离的和，与确定的目标安全范围进行比较：若初速度加速到初始的最大速度所需距离与初始的最大速度减速到末速度所需距离的和超出目标安全范围，根据初速度与初始的最大速度对最大目标速度进行修正，使初速度加速到修正的最大目标速度所需距离与修正的最大目标速度减速到末速度所需距离的和未超出目标安全范围；若初始的最大速度＜末速度＜初速度或初始的最大速度＜初速度＜末速度，将初速度减速至初始的最大速度的距离与确定的目标安全范围进行比较，若初速度减速至初始的最大速度的距离超出目标安全范围，则根据初速度与初始的最大速度对最大目标速度进行修正，使初速度减速至修正的最大目标速度所需距离未超出目标安全范围；若末速度＜初始的最大速度＜初速度，将初速度减速至初始的最大速度的距离与初始的最大速度减速至末速度的距离之和、及初速度减速至末速度的距离分别与确定的目标安全范围进行比较：若初速度减速至初始的最大速度的距离与初始的最大速度减速至末速度的距离之和超出目标安全范围，且初速度减速至末速度的距离未超出目标安全范围，且末速度近似0，则根据初速度与初始的最大速度对最大目标速度进行修正，使初速度减速至修正的最大目标速度的距离与修正的最大目标速度减速至末速度的距离之和未超出目标安全范围；若末速度＜初速度＜初始的最大速度，将初速度加速至初始的最大速度的距离与初始的最大速度减速至末速度的距离之和、及初速度减速至末速度的距离分别与确定的目标安全范围进行比较：若初速度加速至初始的最大速度的距离与初始的最大速度减速至末速度的距离之和超出目标安全范围、且初速度减速至末速度的距离未超出目标安全范围，则根据初速度与初始的最大速度对最大目标速度进行修正，使初速度加速至修正的最大目标速度的距离与修正的最大目标速度减速至末速度的距离之和未超出目标安全范围。10.根据权利要求8所述的基于贝塞尔曲线的无人机转向飞行路径规划方法，其特征在于：当前航行节点为转向航行节点时，若初角速度＝末角速度＜初始的最大目标角速度，若初角速度加速至初始的最大目标角速度的对应的角速度变化值与初始的最大目标角速度减速至末角速度对应的角速度变化值之和超出初始航向角与最终航向角之间的差值，则根据初角速度与初始的最大目标角速度对最大目标角速度进行修正，使初角速度加速至修正
后的最大目标角速度的对应的角速度变化值与修正后的最大目标角速度减速至末角速度对应的角速度变化值之和超出初始航向角与最终航向角之间的差值。

技术总结
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。稳定性高的优点。稳定性高的优点。


技术研发人员：刘新阳 杨苡 陈海诺 唐佰文
受保护的技术使用者：北方天途航空技术发展（北京）有限公司
技术研发日：2021.06.07
技术公布日：2021/9/28