【无人机论文复现】空地多无人平台协同路径规划技术研究（Matlab代码实现）

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@小白创作中心

【无人机论文复现】空地多无人平台协同路径规划技术研究（Matlab代码实现）

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CSDN

https://blog.csdn.net/weixin_67304359/article/details/145027098

随着无人系统技术的快速发展，空地一体化协同作业已成为军事、救援、物流等多个领域的重要趋势。这类任务往往需要无人机（UAVs）和无人地面车辆（UGVs）共同完成侦察、物资运输、环境监测等，其成功实施高度依赖于高效的路径规划及协同机制，以克服地形复杂、通信限制、资源约束等挑战。

本文以B样条曲线插值为例，利用Matlab代码实现了无人机的路径规划，实现了无人机的航迹控制。同时，参考了饶玉婷的《空地多无人平台协同路径规划技术研究》一文，对无人机航迹规划问题进行了深入研究，为后续相关工作的开展提供了一定的理论基础和实验指导。本文的研究结果对于智能航空器、机器人等领域的无人载具的自主控制和安全飞行具有一定的借鉴意义和应用价值。

1 概述

文献来源：
面向复杂场景的任务需求,由无人车和微小型旋翼无人机组成的一车多机空地无人系统能有效发挥二者各自优势,从而在协同侦察、协同防御警戒、协同指挥控制等领域有诸多应用。集群路径规划技术是一车多机空地无人系统高效完成协同任务的关键,因此本文对空地多无人平台的协同路径规划问题进行研究,旨在规划出满足以下三种任务场景的多无人平台行驶路径:(1)大范围区域覆盖侦察任务;(2)目标点紧急程度不同的侦察任务;(3)包含侦察与打击两种任务类型的协同任务。论文主要研究内容包括:(1)针对旋翼无人机的续航约束导致侦察覆盖面积小、滞空时间短等问题,提出一种基于子区域划分的协同路径规划方法。将无人车作为旋翼无人机的移动充电站,根据光学传感器参数等确定侦察最小单元,并基于侦察最小单元对侦察区域进行划分,然后利用改进蚁群算法对旋翼无人机集群与无人车的路径进行协同规划。最后进行了改进前后蚁群算法对比实验、有无协同对比实验、待侦察区域不同尺寸对比实验及地面有障碍物的验证实验,实验结果表明本章方法能有效避开地面障碍物,实现大范围、长时间的侦察任务。(2)针对待侦察任务点紧急程度不同的情况,提出一种基于任务点优先级的协同路径规划方法。为解决旋翼无人机的续航问题,利用无人车对其充电,并对任务点进行聚类,将任务点优先级作为优化指标规划旋翼无人机路径,然后规划无人车路径。最后进行了不同算法、不同任务点数量和不同任务区域尺寸下的对比实验,实验结果表明所提方法能在不同条件下根据任务优先级规划侦察次序,实现空地无人系统的协同路径规划。(3)针对侦察与打击两类任务,提出了一种基于多任务类型的协同路径规划方法。根据无人车带载能力强及旋翼无人机视野广阔的优势进行任务分配后,在满足旋翼无人机续航条件下对任务点聚类,随后进行协同路径规划,根据无人车携带武器的射程范围设置打击半径,并对无人车的路径进行局部调整。最后进行了不同打击半径对比实验、不同任务点数量及不同任务区域尺寸的对比实验,验证了本章方法能根据打击半径,任务点数量和任务区域尺寸的改变规划合理路径。

本文按照饶玉婷的论文，通过Matlab代码实现了无人机路径规划的主要步骤，包括无人机位置确定、障碍物识别、路径规划等。其中，B样条曲线插值算法被应用于路径规划过程中，其灵活性与高效性得到了验证。此外，本文还参考了相关文献和网络资源，完整地展示了无人机路径规划的理论与实现。希望本文的内容能够对无人机路径规划方面的研究者提供启示和帮助。

2 运行结果

主函数部分代码：

clc;
clear;
% 定义控制点
control_points = [1, 25; 2, 4; 3, 68; 4, 82; 5, 10]; % 每行是一个控制点 (x, y)
% 定义不同次数的B样条
degrees = [2, 3, 4]; % 二次、三次和四次B样条
% 生成并绘制不同次数的B样条曲线
figure;
plot(control_points(:, 1), control_points(:, 2), 'ko-', 'MarkerSize', 10, 'DisplayName', '控制点');
hold on;
colors = ['r', 'g', 'b'];
for k = 1:length(degrees)
 degree = degrees(k);
 % 生成节点向量，注意这里的节点向量长度为 控制点数量 + B样条次数 + 1
 % 生成节点向量，节点向量长度为控制点数量 + B样条次数 + 1
 internal_knots = linspace(0, 1, length(control_points) -degree + 1);
 knots = [zeros(1, degree), internal_knots, ones(1, degree)];
 % knots = [zeros(1, degree), linspace(0, 1, length(control_points) - degree + 1), ones(1, degree)];
 u = linspace(knots(degree+1), knots(end-degree), 1000); % 生成参数 u
 curve = bspline_curve(control_points, degree, knots, u);
 plot(curve(:, 1), curve(:, 2), 'Color', colors(k), 'LineWidth', 2, 'DisplayName', ['Degree = ', num2str(degree)]);
end
legend;
title('B样条曲线插值（不同次数）');
xlabel('x');
ylabel('y');
grid on;
hold off;