[發明專利]無人機目標追捕軌跡生成方法、電子設備及無人機

在審

• 申請號: 202310497640.7
• 申請日: 2023-05-05
• 公開（公告）號: CN116661486A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 奚樂樂;楊澤夏;周寧;孟賓;劉東輝;朱奎寶
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 河北國維致遠知識產權代理有限公司 13137
• 代理人: 秦春芳

1.一種無人機目標追捕軌跡生成方法，其特征在于，包括：

獲取待追捕目標和移動障礙物的三維位置信息，并基于所述三維位置信息對所述待追捕目標和所述移動障礙物在滾動時域內的運動軌跡進行預測，得到所述待追捕目標的第一預測運動軌跡和所述移動障礙物的第二預測運動軌跡；

通過無人機的相機進行環境感知，得到靜態環境信息，并基于所述靜態環境信息構建環境的導航地圖；

獲取無人機的狀態量，基于所述狀態量建立無人機的模型預測控制MPC運動模型，基于所述第一預測運動軌跡、所述第二預測運動軌跡和所述導航地圖構建第一目標函數，并對所述第一目標函數求解，得到無人機在MPC運動模型的滾動時域內的最優末端狀態；

將無人機的當前狀態作為初始狀態，將無人機的最優末端狀態作為末端狀態，基于時間最優軌跡生成算法和無人機的MPC運動模型，規劃得到無人機追捕目標的飛行軌跡。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一目標函數為：

J＝w₁J₁+w₂J₂+w₃J₃+w₄J₄

其中，w_i(i＝1,2,3,4)為對應子目標函數的權值；J₁為無人機的能耗約束；J₂為無人機的安全約束；J₃為無人機的目標可視化約束；J₄為無人機的避免死鎖約束。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述能耗約束為：

其中，u_q為無人機的加加速度；t₀為當前時刻；T為滾動時域；

所述安全約束為：

其中，t₀為當前時刻；T為滾動時域；S(t)為無人機的運動軌跡；o(t)為移動障礙物的運動軌跡；

所述目標可視化約束為：

其中，t₀為當前時刻；T為滾動時域；d₁(t)為無人機在t時刻的位置與所述待追捕目標在t時刻的位置組成的方向向量距離障礙物的最近距離；

所述避免死鎖約束為：

其中，t₀為當前時刻；T為滾動時域；d_go(t)為導航地圖中無人機在t時刻的位置到所述待追捕目標在t時刻的位置的剩余距離值。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取待追捕目標和移動障礙物的三維位置信息，并基于所述三維位置信息對所述待追捕目標和所述移動障礙物在滾動時域內的運動軌跡進行預測，得到所述待追捕目標的第一預測運動軌跡和所述移動障礙物的第二預測運動軌跡，包括：

通過所述無人機的相機實時采集所述待追捕目標和移動障礙物的圖像；

選取所述待追捕目標和所述移動障礙物在滾動時域內所有時刻對應的圖像，并對所述圖像進行識別處理和圖像定位，獲得所述待追捕目標和所述移動障礙物的三維位置信息；

通過B樣條曲線對所述待追捕目標和所述移動障礙物的三維位置信息進行松弛逼近，并基于所述B樣條曲線建立第二目標函數，并對所述第二目標函數求解，得到所述待追捕目標和所述移動障礙物的歷史軌跡數據，其中，所述第二目標函數用于對所述三維位置信息的缺失數據進行補充；

將所述待追捕目標的歷史軌跡數據輸入到第一長短期記憶網絡LSTM中進行預測，得到所述第一預測運動軌跡；

將所述移動障礙物的歷史軌跡數據輸入到第二LSTM中進行預測，得到所述第二預測運動軌跡。