4、多无人机协同轨迹规划：理论与实践

多无人机协同轨迹规划：理论与实践

在无人机应用日益广泛的今天，多无人机协同轨迹规划成为了一个关键问题。本文将详细介绍一种实时、分散协调的轨迹规划框架，它结合了逆动力学优化方法和滚动时域最优控制技术的优势。

1. 问题表述

多无人机协同规划问题通常由三部分组成：系统动力学、内部和外部约束以及目标函数。
- 基本符号定义 ：假设有 $N_{UAV}$ 架无人机和 $N_{obs}$ 个障碍物。索引 $p$ 和 $q$ 表示无人机索引。每架无人机 $p$ 知道其初始位置 $R_p^{init} = (x_p^{init}, y_p^{init}, z_p^{init})$ 和目标位置 $R_p^{goal} = (x_p^{goal}, y_p^{goal}, z_p^{goal})$。
- 无人机动力学模型 ：采用基于 3 - DOF 欧拉角的点质量模型，其运动学和动力学方程如下：
- 运动学方程：
[\begin{cases}
\dot{x} = V \cos \gamma \cos \psi \
\dot{y} = V \cos \gamma \sin \psi \
\dot{z} = V \sin \gamma
\end{cases}]
- 动力学方程：
[\begin{cases}
\dot{V} = g(n_X - \sin \gamma) \
\dot{\gamma} = \frac{g}{V} (n_Z \cos \mu - \cos \gamma) \
\dot{\psi} = \fr