●第1章 緒 論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 UAV 避障規劃面臨的問題和挑戰 1
1.3 國內外研究現狀 2
1.3.1 經典全局路徑避障規劃算法 3
1.3.2 局部路徑避障規劃算法 5
1.4 本書主要研究內容及章節安排 7
第2章 基於速度障礙圓弧法的二維UAV 自主避障算法 9
2.1 概 述 9
2.2 踫撞錐和速度障礙的定義 9
2.2.1 踫撞錐的定義 9
2.2.2 速度障礙的定義 11
2.3 速度障礙圓弧法 12
2.4 速度障礙圓弧的參數求解 14
2.4.1 速度障礙圓弧的參數計算 14
2.4.2 速度障礙錐正負性及左右移情況分析 17
2.5 基於速度障礙圓弧法的避障算法 20
2.5.1 單個威脅障礙物的避障 20
2.5.2 多威脅障礙物的避障 21
2.6 已知障礙物的分級討論及其避障分析 22
2.7 基於速度障礙圓弧法的UAV 自主避障算法應用驗證 24
2.7.1 避障曲線路徑規劃 24
2.7.2 避障點處位姿信息求解 26
2.7.3 仿真驗證及分析 26
第3章 一種動態不確定環境下二維UAV 自主避障算法 31
3.1 概 述 31
3.2 動態不確定速度障礙模型的建立 31
3.2.1 動態不確定性表示 31
3.2.2 動態不確定速度障礙模型的建立 33
3.3 動態不確定環境下的UAV 自主避障算法 36
3.3.1 基於DVOM 的動態不確定速度障礙圓弧法 36
3.3.2 動態不確定速度障礙圓弧臨界狀態情況分析 38
3.3.3 動態不確定環境下的UAV 自主避障算法 40
3.4 基於PH 螺線的避障重規劃路徑修正方法 42
3.4.1 五次PH 螺線的構造 42
3.4.2 重規劃路徑侵犯安全圓問題及解決方案 43
3.4.3 基於PH 螺線的避障路徑修正 44
3.5 UAV 自主避障算法的仿真驗證 45
3.5.1 仿真初始條件的求解 45
3.5.2 仿真結果及分析 46
第4章 一種基於障礙球冠的三維UAV 自主避障算法研究 51
4.1 概 述 51
4.2 三維空間踫撞錐和三維空間速度障礙的定義 51
4.2.1 三維空間踫撞錐的定義 51
4.2.2 三維空間速度障礙的定義 53
4.3 空間速度障礙球冠分析法 54
4.3.1 空間障礙球冠的定義及其參數求解 54
4.3.2 空間速度障礙球冠的保角映射分析 57
4.4 基於空間障礙球冠的三維UAV 自主避障算法 61
4.4.1 單威脅障礙物的避踫分析 61
4.4.2 多威脅障礙物的避踫分析 62
4.5 基於空間障礙球冠的三維UAV 自主避障算法應用驗證 63
4.5.1 三維避障曲線路徑規劃 63
4.5.2 避障點處位姿信息求解 64
4.5.3 仿真驗證及分析 65
第5章 一種三維空間動態不確定UAV 自主避障算法研究 68
5.1 概 述 68
5.2 三維空間動態不確定速度障礙模型的建立 68
5.2.1 三維空間動態不確定性的表示 68
5.2.2 三維空間動態不確定速度障礙模型的建立 70
5.3 動態不確定環境下三維空間UAV 自主避障算法 73
5.3.1 基於3 DDVOM 的動態不確定空間速度障礙球冠法 73
5.3.2 不確定空間速度障礙球冠保角映射分析法 77
5.3.3 基於不確定空間速度障礙球冠保角映射分析法的UAV 很優避障78
5.4 復雜動態環境下已知障礙物的分級討論及其避障分析 79
5.4.1 已知障礙物的分級討論 79
5.4.2 障礙物的避障分析 80
5.5 仿真驗證及分析 82
5.5.1 動態不確定UAV 自主避障算法仿真驗證 82
5.5.2 考慮“潛在”威脅障礙物避障影響的仿真驗證 83
第6章 基於比例導引律的UAV 避障飛行導引 85
6.1 概 述 85
6.2 導引規律 85
6.2.1 經典導引律 85
6.2.2 現代導引律 88
6.2.3 新型導引律 89
6.3 基於比例導引律的UAV 在線避障 90
6.3.1 避障方法 91
6.3.2 仿真分析 94
第7章 基於線性導引律的UAV 避障研究 97
7.1 概 述 97
7.2 踫撞判斷及運動學方程建立 97
7.2.1 踫撞判斷 97
7.2.2 運動學方程建立 98
7.3 基於線性導引律的避障策略 100
7.3.1 線性導引律設計 100
7.3.2 穩定性證明 102
7.3.3 UAV 速度求解 103
7.3.4 仿真分析 103
7.4 三維避障研究 106
7.4.1 平面分解 106
7.4.2 幾何關繫及運動學方程 108
7.4.3 三維避障線性導引律設計 110
7.4.4 仿真分析 110
第8章 基於線性導引律的多障礙物避障及多UAV 避踫研究 117
8.1 概 述 117
8.2 UAV 避開多障礙物研究 117
8.2.1 威脅判斷 117
8.2.2 避障策略描述 118
8.2.3 避障算法設計 119
8.2.4 仿真分析 122
8.3 多UAV 間避踫研究 125
8.3.1 威脅判斷 125
8.3.2 避踫策略描述 126
8.3.3 避踫算法設計 127
8.3.4 仿真分析 131
第9章 基於Terminal滑模控制的UAV 避障研究 139
9.1 概 述 139
9.2 理論基礎 139
9.2.1 滑模變結構控制 139
9.2.2 Terminal滑模控制 141
9.3 踫撞問題描述及運動學方程 142
9.4 Terminal滑模控制有限時間收斂避障算法設計 143
9.4.1 制導律設計 143
9.4.2 穩定性分析 144
9.4.3 有限收斂時間分析 145
9.4.4 UAV 速度求解 146
9.5 仿真分析 146
參考文獻 150

本書主要闡述了無人飛行器飛行時的在線避障技術,包括采用速度障礙圓弧法、空間速度障礙球冠法、比例導引律、線性導引律,以及基於Terminal滑模控制的導引方法等,以實現能夠基於導引及路徑重規劃的在線避障。本書可為無人飛行器自主協同控制、導引及指揮等相關專業的科技工作者提供重要的理論和實際參考，也可作為高等院校相關專業的高年級本科生、研究生和教師的教學參考用書。