基于三次Cardinal樣條曲線的航線平滑

繆永飛 吳北蘋 呂健

摘要：根據(jù)優(yōu)化算法生成的航線由多個航線點順序連接所形成的航段序列表示，其規(guī)劃結(jié)果具有引導(dǎo)作用，但不具可飛性。該文引入三次Cardinal樣條曲線對航線進行平滑，注重介紹了三次Cardinal樣條曲線的基本原理，結(jié)合無人機航線規(guī)劃的特點，提出了具體的航線平滑方法。

關(guān)鍵詞：航線平滑；Cardinal樣條曲線；張力系數(shù)

中圖分類號：TP302 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）25-0160-01

1無人機航線規(guī)劃的特點

隨著信息化戰(zhàn)爭的發(fā)展，無人機將在未來一體化戰(zhàn)爭中扮演越來越重要的角色。航線規(guī)劃是指根據(jù)無人機的任務(wù)目標(biāo)規(guī)劃滿足約束條件的飛行軌跡，它要求無人機根據(jù)飛行環(huán)境在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)計算出最優(yōu)或者次優(yōu)的飛行軌跡，并能夠回避敵方威脅，適時進行飛行軌跡的動態(tài)修正。它是無人機集群配合、戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃和智能自主飛行的技術(shù)基礎(chǔ)。

航線生成往往采用智能算法，如遺傳算法[1]、免疫算法、A*算法、粒子群算法[2]等，生成空間連續(xù)的航跡點的過程。航線生成是航線規(guī)劃算法優(yōu)劣、航線質(zhì)量評估的基礎(chǔ)。以往的航線平滑算法多利用B樣條曲線等線性插值方法[3]，這種方法的優(yōu)點是算法復(fù)雜度底、計算簡單，但也存在一、二階不連續(xù)可導(dǎo)的不足。

2 三次Cardinal樣條曲線的基本原理

Cardinal樣條是插值分段三次曲線，并且每條曲線段的終點位置均指定切線，不過Cardinal樣條不用給出終點的切線值。在Cardinal樣條中，一個控制點的斜率可以由兩個相鄰控制點的坐標(biāo)進行計算[4]。

Cardinal樣條可由4個連續(xù)控制點完全確定，中間2個控制點是曲線段端點，其他兩個點用于計算曲線段端點斜率。

3 結(jié)束語

隨著無人機承擔(dān)任務(wù)的復(fù)雜性的不斷提高及飛行環(huán)境的不確定性，對無人機航線規(guī)劃的要求也越來越高。而作為航線規(guī)劃中比較關(guān)鍵的航線平滑技術(shù)，是無人機高效遂行未來全方位多機協(xié)同任務(wù)的重要保證和技術(shù)基礎(chǔ)。在航線生成中，利用

此算法進行平滑處理后可以使航線在三維空間內(nèi)的一、二階連續(xù)可導(dǎo)性得到較大的提高，航線規(guī)劃更具有可實現(xiàn)性，也為進一步的航跡分析和動作評估打下基礎(chǔ)。但值得注意的是，未來戰(zhàn)場瞬息萬變，無人機航線規(guī)劃在實時規(guī)劃、智能自主規(guī)劃等方面仍然存在進一步挑戰(zhàn)，無人機要在撲朔迷離的未來戰(zhàn)場實現(xiàn)其高度的戰(zhàn)爭價值，仍然任重而道遠。

參考文獻：

[1] 牛治永，李錦軍.無人機三維航跡規(guī)劃算法研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2013（11）：1-5.

[2] 劉洋.無人機航線規(guī)劃算法研究，SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION，2013（7）：192-192.

[3] 楊雪，王端民.無人機自主飛行航線規(guī)劃研究[J].計算機工程，2012（5）：192-195.

[4] 胡中華，趙敏.無人機航跡規(guī)劃技術(shù)研究及發(fā)展趨勢[J].航空電子技術(shù)，2009（2）：24-29.