35、无人机群导航与轨迹规划技术解析

无人机群导航与轨迹规划技术解析

1. 引言

无人机（UAV）可在无人员搭载的情况下远程操作，凭借出色的机动性、灵活性、易部署性、高性能、低维护成本和自适应高度等优势，广泛应用于民用和军事领域，如野火监测、交通控制、应急救援、医疗领域和智能交通等，还能为不同环境提供广泛的覆盖感知。

随着技术发展，无人机通信从3G演进到5G，5G蜂窝网络为无人机操作提供了高可靠性和高能效的通信支持，使无人机可作为飞行基站和地面蜂窝站的网关。

然而，导航和轨迹规划是无人机面临的关键问题。在复杂环境中规划无人机轨迹，以及构建能避免碰撞且考虑动力学特性的无人机网络，是无人机群应用的主要挑战。为实现无人机群的高效安全运行，轨迹规划成为研究热点。

2. 无人机技术背景

• 无人机架构 ：无人机架构由数据收集、处理和操作三层组成。数据收集层包含传感器、光探测器和相机等设备；其他层包含处理设备、控制系统以及与地图和决策相关的系统。中央控制系统控制无人机在现实环境中的轨迹，其组件包括：
  • 速度控制器：为无人机电机提供高频信号以控制速度。
  • 定位系统：计算无人机的时间和位置信息，确定其坐标和高度。
  • 飞行控制器：读取定位系统信息，管理飞行操作并控制通信。
  • 电池：采用锂聚合物等材料，提供高能量和长航程。
  • 云台：稳定无人机的三维轴。
  • 传感器：用于捕捉3D图像、检测和避免碰撞。
• 无人机群现状