一、无人机轨迹规划概述
1.1 无人机发展简史
说起无人机，很多人第一反应是航拍、快递或者军事用途。但你知道吗？无人机这个概念其实比我们想象的要老得多。
1917年，英国人研制出了世界上第一架无人机——"空中目标"。说白了就是个遥控飞机靶子。那时候没有GPS，没有惯性导航，全靠无线电遥控。我刚开始接触无人机时翻过这段历史，觉得挺有意思的——一百年前的前辈们，用最简单的技术就敢让飞机飞上天。
真正让无人机进入大众视野的，是2000年以后的事情。特别是2010年左右，随着MEMS传感器（微机电系统）的成熟，无人机开始变得又小又便宜。我记得2013年第一次拿到大疆的Phantom时，心里就在想：这东西要是能自己规划航线就好了。
嗯，现在回头看，这个愿望已经实现了。而且实现得比我想象的还要好。
关键时间节点：
- 1917年：第一架无人机诞生（英国）
- 1980年代：GPS引入，无人机开始具备自主导航能力
- 2006年：大疆成立，消费级无人机爆发
- 2015年至今：AI+无人机，轨迹规划成为核心
1.2 轨迹规划在无人机系统中的核心地位
你可能会问：无人机飞起来不就行了吗？为什么还要专门搞个轨迹规划？
我举个例子。2017年我参与过一个电力巡检项目，无人机需要在高压线塔之间穿梭。如果只是简单地从A飞到B，那没问题。但问题是——高压线就在旁边，风速变化大，还要避开铁塔的金属结构。这时候，没有轨迹规划，无人机分分钟撞上去。
说白了，轨迹规划就是回答三个问题：
- 往哪飞？——路径选择
- 怎么飞？——速度、姿态控制
- 飞得安全吗？——避障、约束满足
在无人机系统里，轨迹规划不是锦上添花，而是核心中的核心。你想想看，飞控再稳，如果路径是错的，那有什么用？
我的经验：很多初学者把轨迹规划和路径规划混为一谈。其实路径规划只关心"走哪条路"，而轨迹规划还要考虑"怎么走"——包括速度、加速度、时间等。这个区别很重要，后面我们会反复提到。
1.3 课程整体框架
这门课一共30章，我把它分成了四个模块。先给你画个图，心里有个底。
这个框架图你可能觉得有点抽象。没关系，我简单解释一下：
- 基础篇：先把数学和物理底子打好。没有这些，后面算法就是空中楼阁。
- 算法篇：各种经典和现代规划算法，我会带着你手写代码实现。
- 实战篇：这才是重头戏。我会分享我在实际项目中踩过的坑，比如传感器噪声怎么处理、实时性怎么保证。
- 进阶篇：前沿技术，给想深入研究的同学准备的。
1.4 学习目标
学完这门课，我希望你能做到：
- 理解核心原理：知道轨迹规划为什么这么设计，而不是死记硬背公式。
- 能动手实现：在嵌入式平台上跑通一个完整的轨迹规划系统。
- 会避坑：遇到问题知道怎么排查，而不是对着代码发呆。
- 有工程思维：不只是写算法，还要考虑实时性、鲁棒性、资源消耗。
注意：这门课不是纯理论课。每章我都会给出可运行的代码示例。我建议你边学边练，光看不写代码，等于白学。我曾经带过一个学生，理论背得滚瓜烂熟，一上真机就懵了——因为实际环境和理想模型差太多了。
1.5 你需要准备什么
在开始之前，我建议你准备好以下工具：
| 工具/软件 | 用途 | 备注 |
|---|---|---|
| Python 3.8+ | 算法原型验证 | 推荐用Anaconda管理环境 |
| MATLAB/Simulink | 系统仿真 | 有学生版即可 |
| PX4/ArduPilot | 真机测试 | 建议先装仿真环境 |
| ROS/ROS2 | 系统集成 | Ubuntu 20.04+ |
嗯，工具不在多，够用就行。我刚开始做无人机时，连MATLAB都没有，全靠手算。现在条件好多了，但核心还是理解原理。
一个小建议：如果你之前没接触过无人机，可以先买个便宜的飞控板（比如Pixhawk）玩玩。不用太贵，几百块钱的就行。亲手调一次PID，比看十遍书都管用。
好了，第一章就到这里。记住，轨迹规划不是玄学，是工程。后面我们会一步步把它拆解清楚。