[发明专利]多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法

说明书

本发明公开了一种多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法，包括如下步骤：根据视觉检测一段时间内移动平台的位置，利用n次多项式对其轨迹进行拟合，然后利用多项式的性质，获取其速度、加速度等状态轨迹；根据拟合结果预测k个未来时间点的移动平台状态；根据无人机当前状态和地图信息，以能量最优性、航向角最优性为性能指标，对这k个移动平台状态分别进行轨迹生成，共生成k条可行轨迹；根据每条轨迹的性能指标以及和移动平台贴近性，从k条可行轨迹中选择最优的一条轨迹输出。本发明能够实时对移动平台目标进行轨迹估计和预测，同时规划出多条到达轨迹并选择其中最优轨迹输出，实现在障碍物环境中实时规划和避障。

技术领域

本发明涉及无人机导航技术领域，具体涉及一种多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法。

背景技术

近年来，随着无人机技术不断快速发展，无人机在各个方面的应用也不断被实现。尤其是多旋翼无人机，以其高度的灵活性、稳定的飞行能力和较低的使用成本被广泛应用。很多工作已经证明了它在许多不同的应用领域的能力，包括但不限于：搜索和救援、目标运输、检查、监视和测绘。

但与固定翼无人机相比，多旋翼无人机在续航能力上有明显的不足。这大大限制了它的自主性和实用性。比较好的一种解决方案是多旋翼无人机在电量不足时能够自主降落在指定平台上，在上面进行充电或者更换电池。

同时，在搜索和救援任务中，经常需要地空协同完成任务，即使用地面无人车和空中无人机。两者各有自己的优势：无人机非常灵活，同时可获取的视野和信息较大；无人车能够穿越狭窄的地形，同时承担运输任务。两者互补协同，能发挥更大的作用。因此，如果能实现无人机在移动小车平台上自主起降，那么将大大提高搜索和救援任务的自主性，意义巨大。

目前，大部分无人机自主降落都是在静态平台上实现，能够实现在移动平台降落方法较少，大致可以分为两类。一类是直接通过视觉识别加误差控制器直接实现自主降落，没有应用轨迹规划环节，其可靠性比较低，需要移动平台能够低速或者匀速运动。另一类是利用了轨迹规划方法，但没有考虑避障，同时轨迹规划方法较为简单，适用范围比较小。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法，该轨迹生成方法能够实时对移动平台目标进行轨迹估计和预测，同时规划出多条到达轨迹并选择其中最优轨迹输出，实现在障碍物环境中实时规划和避障。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种多旋翼无人机在移动平台降落过程中的轨迹生成方法，所述的轨迹生成方法包括以下步骤：

S1、对移动平台轨迹进行拟合：视觉检测一段时间内移动平台的位置，根据一段时间内已知若干个时间点的观测值，利用n次多项式对移动平台的运行轨迹进行拟合，生成一条最接近移动平台的运行轨迹的多项式曲线；

S2、预测移动平台状态：根据移动平台的运行轨迹方程预测k个未来时间点的移动平台状态，其中，所述移动平台状态用位置、速度和加速度表示，通过等间隔采样，获得k个未来时间点的移动平台状态；

S3、根据无人机当前状态和地图信息，以能量最优性和航向角最优性为性能指标，对k个未来时间点的移动平台状态分别进行轨迹生成，共生成k条可行轨迹；

此处有两个性能指标，第一个性能指标是能量最优性和航向角最优性指标，用于引导生成k条可行轨迹。轨迹生成后，每一条轨迹有一个自己的性能指标值A1。

第二个性能指标由两部分组成，一部分是性能指标值A1，另一部分是和移动平台的贴近性。移动平台的贴近性不用于轨迹生成，只用于选择最优轨迹。

S4、根据根据每条可行轨迹的性能指标以及和移动平台的贴近性，从k条可行轨迹中选择最优的一条轨迹输出。