空地多无人平台协同路径规划技术研究

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@小白创作中心

空地多无人平台协同路径规划技术研究

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/Yan_she_He/article/details/141038102

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。

1. 研究背景与意义

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。

2. 主要研究内容

协同规划模型构建

构建一个考虑空地平台特性的协同规划模型，该模型需要涵盖时间窗限制、能量管理、环境动态变化等因素，以确保路径规划的可行性和最优性。

信息交互与协同机制

研究基于通信网络的高效信息交互协议，实现空中和地面无人平台间的实时状态共享、任务分配和冲突避免。这可能涉及分布式协同算法、多智能体系统理论的应用。

环境感知与适应性规划

利用传感器数据和环境建模技术，实现对复杂环境的实时感知，进而调整路径规划以适应动态变化的环境条件，如障碍物出现或天气变化。

路径优化与重规划

开发动态路径优化算法，能够在任务执行过程中，根据新获取的信息或突发事件，快速进行路径重规划，保证任务顺利完成。

安全性与容错策略

研究路径规划中的安全性评估方法，设计容错机制，以应对单个平台故障或外部干扰导致的计划变更，保障整体系统的稳定性和可靠性。

3. 实现技术与方法

算法开发：可能采用遗传算法、粒子群优化、蚁群算法等智能优化算法来解决多目标优化问题，提高路径规划的效率和质量。
仿真验证：利用仿真软件（如MATLAB/Simulink、Unity等）构建仿真环境，对所提出的协同路径规划算法进行模拟测试，验证其性能。
实测与评估：在实际或近似真实的环境下，通过小型无人机和无人车的实地试验，收集数据，进一步评估算法的实用性和稳定性。

4. 结论与展望

该研究有望为空地多无人平台的协同作业提供一套有效的路径规划解决方案，提升无人系统的自主协作水平和任务完成效率。未来的工作可能会聚焦于更加智能的决策支持系统开发、跨平台兼容性增强以及与人工智能深度融合的路径规划策略，以适应更复杂多变的任务需求和环境挑战。

5. 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;