多无人机协同航迹规划实战宝典

📚 共计 30 章节

无人机编队基础

编队飞行概念 · 编队队形分类（一字型、V型、菱形）· 编队控制架构（集中式、分布式、分层式）

坐标系与运动学模型

地球坐标系 · 机体坐标系 · 坐标转换矩阵 · 质点运动学 · 编队相对运动学

坐标系运动学

航迹规划基础

问题定义 · 约束条件（动力学、防撞、通信）· 规划空间建模（栅格法、Voronoi图法）

路径搜索算法

A*算法原理与实现 · Dijkstra算法 · JPS算法 · 算法对比与选型

智能优化算法

遗传算法(GA) · 粒子群算法(PSO) · 蚁群算法(ACO) · 航迹规划应用

优化元启发式

B样条曲线平滑

数学原理 · 控制点选取 · 曲线拟合 · 平滑度评价指标

Dubins曲线路径

几何原理 · 最短路径求解 · 固定翼无人机路径生成

Dubins固定翼

多约束航迹规划

时间约束（同时到达）· 空间约束（安全间距）· 能量约束（续航优化）

协同航迹规划架构

集中式 · 分布式 · 混合式架构 · 通信拓扑设计

一致性理论

一致性算法基础 · 一阶/二阶一致性协议 · 编队控制应用

一致性协议

领航-跟随法

领航者轨迹生成 · 跟随者控制律 · 通信延迟处理 · 编队保持与变换

领航-跟随延迟

虚拟结构法

虚拟刚体概念 · 结构力/力矩分配 · 队形保持策略 · 对比领航-跟随法

虚拟结构队形

基本行为定义（避障、集结、队形保持）· 行为融合 · 优先级仲裁

行为法融合

人工势场法

引力场与斥力场 · 合力计算 · 局部极小值 · 改进势场法

模型预测控制 (MPC)

MPC基本原理 · 预测模型 · 滚动优化 · 约束处理 · 编队应用

MPC预测控制

强化学习航迹规划

MDP · Q-learning · DQN · 多智能体强化学习 (MADDPG)

强化学习MADDPG

动态避障策略

障碍物检测与跟踪 · 速度障碍法(VO) · 互惠速度障碍法(RVO) · 安全走廊

通信约束规划

通信范围限制 · 拓扑切换 · 丢包处理 · 延迟补偿

任务分配与航迹耦合

任务分配建模 · 匈牙利算法 · 市场机制法 · 联合优化

任务分配耦合

多目标优化

Pareto最优 · 加权求和法 · NSGA-II · 航迹规划应用

多目标NSGA-II

实时重规划

触发条件 · 局部路径重规划 · 增量式规划 · 应急处理

实时重规划

三维航迹规划

三维空间建模 · 三维A* · 三维B样条 · 地形跟随与规避

多无人机协同搜索

搜索区域划分 · 搜索路径生成 · 信息融合 · 覆盖效率评估

编队变换与重构

队形变换策略 · 避碰保证 · 变换时间优化 · 平滑过渡

仿真平台搭建

ROS/Gazebo环境配置 · 无人机模型导入 · 传感器仿真 · 多机仿真

硬件在环仿真

PX4/ArduPilot固件 · HITL配置 · 实时性能测试 · 故障注入

实飞测试流程

飞行前检查 · 安全策略 · 数据记录 · 应急降落 · 试飞数据分析

性能评估指标

路径长度 · 能量消耗 · 编队误差 · 计算时间 · 鲁棒性分析

典型应用案例

协同侦察 · 协同搬运 · 协同测绘 · 灯光秀编队

前沿趋势与挑战

5G/6G通信 · 群体智能 · 人机协同 · 安全与隐私 · 未来展望