通信受限下的能耗最优四旋翼无人机轨迹生成——城市环境
系统与控制
2026-05-26 v1 系统与控制
摘要
通信感知的无人机轨迹生成对于 operating in 城市环境的无人机系统, 必须同时考虑车辆动力学、无线通信质量、障碍物规避以及 onboard 能源限制。在此类任务中, 无人机必须在障碍物丰富的环境中导航, 同时确保将 mission-critical 感知信息可靠地中继到地面基础设施. 这导致涉及耦合通信与飞行动力学约束的高度非线性和非凸最优控制问题. 本文提出了一种针对城市环境中四旋翼无人机的通信受限能耗最优轨迹生成框架. 该方法将完整的刚体四旋翼动力学、城市无线通信模型、累计数据吞吐量约束以及障碍规避要求整合到统一的 free-final-time 最优控制框架中. 与基于简化运动学或点质量模型的常规方法不同, 本文框架生成的轨迹符合实际空中平台的动力学约束. 所得非凸最优控制问题通过顺序凸规划 (SCP) 迭代求解. 数值仿真表明, 该框架能够在满足数据中继要求的同时, 生成能耗效益且通信感知的轨迹, 并能根据数据中继需求自适应任务持续时间. 该方法为需要在密集城市环境中实现可靠通信的自主无人机运营提供了实用框架.
引用
@article{arxiv.2605.24865,
title = {Communication-Constrained Energy-Optimal Trajectory Generation for Quadrotor UAVs in Urban Environments},
author = {Prateek Priyaranjan Pradhan and Ketan Rajawat and Mangal Kothari},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.24865},
year = {2026}
}