01
课程导论与坐标系基础
飞行器轨迹规划概述、常用坐标系（地心地固、北东地、机体）及其转换、欧拉角与四元数。
坐标系欧拉角四元数
02
运动学与动力学模型
固定翼与旋翼飞行器的六自由度运动学方程、动力学方程简化、控制输入与状态空间表示。
六自由度状态空间
03
路径规划基础
图搜索算法（Dijkstra、A*）原理与实现、栅格地图构建、路径平滑处理。
A*Dijkstra栅格地图
04
采样规划算法
RRT与RRT*算法原理、概率完备性分析、在三维空间中的实现与优化。
RRTRRT*三维规划
05
轨迹生成
多项式轨迹（Minimum Snap/Jerk）、贝塞尔曲线与B样条曲线、时间分配与参数化。
Minimum SnapB样条
06
优化理论入门
凸优化与非凸优化、二次规划（QP）求解、约束处理（等式与不等式）。
凸优化QP
07
轨迹优化
基于优化的轨迹生成框架、软约束与硬约束、代价函数设计（平滑性、安全性、动力学可行性）。
软约束代价函数
08
微分平坦与轨迹表示
微分平坦理论、利用平坦输出简化轨迹规划、旋翼飞行器的平坦输出选择。
微分平坦平坦输出
09
运动规划中的避障
障碍物建模（凸包、球体、栅格）、安全飞行走廊（Safe Flight Corridor）构建、斥力场与势场法。
避障势场法飞行走廊
10
模型预测控制（MPC）基础
MPC原理、滚动时域优化、线性MPC与非线性MPC对比。
MPC滚动优化
11
MPC在轨迹跟踪中的应用
基于线性化模型的MPC跟踪控制器设计、约束处理（输入饱和、状态限制）、代码实现。
MPC跟踪约束
12
PID控制与串级控制
PID原理、串级PID结构（角度环-角速度环）、参数整定方法与实战调参。
PID串级控制
13
几何跟踪控制
基于SE(3)的几何跟踪控制器、姿态误差定义、李雅普诺夫稳定性分析。
SE(3)几何控制
14
状态估计基础
卡尔曼滤波（KF）与扩展卡尔曼滤波（EKF）、IMU与视觉/激光融合、状态估计对跟踪性能的影响。
EKFIMU融合
15
仿真环境搭建
基于Python/ROS的仿真框架、Gazebo与AirSim介绍、自定义仿真场景。
ROSGazeboAirSim
16
实飞实验准备
硬件平台选型（Pixhawk、NVIDIA Jetson）、PX4/ArduPilot固件配置、机载计算机通信。
PixhawkJetsonPX4
17
轨迹跟踪实战（一）
基于MPC的二维轨迹跟踪仿真、参数调节与性能分析。
MPC仿真2D跟踪
18
轨迹跟踪实战（二）
基于几何控制的四旋翼三维轨迹跟踪仿真、抗扰动测试。
几何控制3D仿真
19
轨迹跟踪实战（三）
实飞实验——从仿真到真机的迁移、常见问题排查（震动、延时、丢包）。
实飞真机迁移
20
动态环境中的轨迹规划
速度障碍法（VO）与RVO、动态窗口法（DWA）、应对移动障碍物。
VODWA动态避障
21
多飞行器协同规划
分布式与集中式规划、一致性协议、碰撞避免与编队保持。
协同编队一致性
22
时间最优轨迹规划
基于凸优化的时间最优轨迹、速度与加速度约束下的时间缩放。
时间最优凸优化
23
鲁棒轨迹规划
考虑模型不确定性与外界扰动、Tube-MPC与鲁棒优化。
鲁棒Tube-MPC
24
学习-based规划方法
模仿学习与强化学习在轨迹规划中的应用、行为克隆与PPO算法简介。
模仿学习PPO
25
视觉导航与规划
视觉SLAM与轨迹规划的耦合、深度相机与RGB-D数据的使用、视觉避障。
视觉SLAMRGB-D
26
数值优化工具
CVXOPT、OSQP、Gurobi的使用、求解器选择与加速技巧。
CVXOPTOSQPGurobi
27
轨迹评估与度量
轨迹平滑度、时间效率、能量消耗、安全性度量、综合评分体系。
评估指标平滑度
28
高级话题：敏捷飞行与特技
敏捷飞行与特技机动规划、基于优化的倒飞与翻转轨迹生成。
特技敏捷飞行
29
项目实战（一）
自主巡检飞行器——从任务规划到轨迹跟踪的全流程实现。
巡检全流程
30
项目实战（二）
竞速无人机——时间最优轨迹规划与高速跟踪控制、课程总结与展望。
竞速时间最优总结