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龙图腾网恭喜南京信息工程大学申请的专利一种完全规避禁飞区的无人机航迹规划方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119247985B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-14发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411772832.5，技术领域涉及：G05D1/46；该发明授权一种完全规避禁飞区的无人机航迹规划方法是由李斌;孟姝曼;杨冬东设计研发完成，并于2024-12-04向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种完全规避禁飞区的无人机航迹规划方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种完全规避禁飞区的无人机航迹规划方法，属于无人机航迹规划领域，包含禁飞区下无人机航迹规划方法的应用场景，所述禁飞区下无人机航迹规划方法的应用场景包括禁飞区下无人机与终端用户通信场景；本发明以支持无人机在飞行过程中能够绝对避免进入任何禁飞区；采用多条直线来近似无人机的实际飞行轨迹，并计算相邻两条直线的交点距离禁飞区中心点的距离，以实现对无人机飞行路径的严格监控与规划，提高了航迹规划的精确度以及无人机的飞行效率和任务执行效果；本发明增加了相邻时隙之间对连续轨迹的约束，通过多条直线逼近和精确的交点计算，进一步提高了系统的安全性和鲁棒性。

本发明授权一种完全规避禁飞区的无人机航迹规划方法在权利要求书中公布了：1.一种完全规避禁飞区的无人机航迹规划方法，其特征在于：包含禁飞区下无人机航迹规划方法的应用场景，所述禁飞区下无人机航迹规划方法的应用场景包括禁飞区下无人机与终端用户通信场景；所述禁飞区下无人机与终端用户通信环境包括终端用户集合、稀疏分布且互不重叠的禁飞区集合以及无人机；终端用户集合包括智能手机、移动平板、无人驾驶车辆等终端设备；无人机作为空中平台，辅助目标用户进行通信；无人机需要与地面上每个终端用户进行通信，同时又要严格避开禁飞区；具体包括如下步骤：步骤1，构建禁飞区下无人机与终端用户通信系统模型，无人机飞行在用户的上空，与地面上的每个用户进行通信，同时又要避开禁飞区，形成一条飞行轨迹；采用时间离散化的方法将无人机的飞行周期均匀划分为若干个时隙，无人机坐标能够在当前时隙下表示，并对禁飞区设定初步的约束条件；步骤2，将两个相邻时隙之间的无人机飞行轨迹，按照相同的间隔，均匀划分为若干部分；在每一个分割点上，对无人机飞行轨迹方程进行一阶泰勒展开，以此来逼近无人机的飞行路线；其中，分割点包括起始点、终点以及中间等分点；步骤3，每两条相邻直线产生一个交点，为确保无人机在实际飞行过程中能够完全避开禁飞区，增加一条约束条件；完成一个时隙的约束后，转到下一个时隙，继续约束，重复迭代，确保无人机的飞行轨迹在任何时刻都不会与禁飞区产生交集，从而实现完全规避禁飞区的目标；步骤4，构建无人机航迹规划目标函数，通过最小化目标函数，最终得到满足特定约束条件的无人机最优飞行路径；通信系统模型的环境采用三维笛卡尔坐标系，地面终端用户保持静止且均位于禁飞区之外；无人机飞行在一定的高度范围并且需要与每位用户进行通信；将禁飞区抽象为圆柱体，高度无限高，稀疏分布且多个禁飞区互不重叠；设定一个初步的约束条件：要求在每个离散时隙所对应的无人机坐标位于禁飞区之外；选用直线段来对每个时隙内的飞行轨迹进行逼近；在每个分割点上考虑无人机的速度和加速度限制，确保这些参数在整个飞行过程中是连续且符合物理规律的；在步骤3中，增加的一条约束条件为：交点均位于禁飞区之外；在步骤1中，构建禁飞区下无人机与终端用户通信系统模型，具体包含如下：1系统模型：禁飞区下无人机与终端用户通信系统环境包括智能手机、移动平板、无人驾驶车辆终端用户集合、稀疏分布且互不重叠的禁飞区集合以及无人机；无人机作为空中平台，辅助目标用户进行通信；无人机需要与地面上每个终端用户进行通信，同时又要严格避开禁飞区；系统模型中有1个无人机，U个用户以及M个稀疏分布的非重叠圆柱体NFZs；设U个用户均不在NFZ内；定义用户集合为禁飞区集合设T为一个飞行周期，将其等分为N个时隙且时隙长度为δt＝TN，记时隙集合为基于三维笛卡尔坐标系，用户u的坐标可设置为wu＝xu,yu,0T；采用时间离散的方法表示出无人机在时隙n下的坐标q[n]＝x[n],y[n],z[n]T，其中Hmin≤z[n]≤Hmax，Hmin和Hmax分别是允许无人机飞行的最小高度和最大高度；NFZs的中心水平坐标和半径分别表示为cm＝xm,ym和Rm；在每个时隙n，无人机飞行速度为v[n]＝vx[n],vy[n],vz[n]T，加速度为a[n]＝ax[n],ay[n],az[n]T，其中vx[n],vy[n],vz[n]分别为三轴速度，ax[n],ay[n],az[n]分别为三轴加速度；无人机的坐标表示为： 2通信模型：无人机与用户u之间的欧氏距离表示为：du[n]＝||q[n]-wu||由于无人机的飞行高度远远高于地面终端用户，所以忽略地面障碍物阻断等原因而形成的非视距信道的影响，用户与无人机之间的无线信道均为视距信道；无人机知晓地面用户设备的位置信息，以此获取它们之间的信道状态信息；视无人机与用户u之间的无线信道为自由空间路径损耗模型，其信道增益表示如下： 式中，h0为单位距离的信道功率增益；进一步地，根据香农公式，无人机与用户u的数据传输速率表示为： 式中，B代表通信带宽，Pu为用户u的恒定传输功率，σ2为高斯噪声功率；在步骤4中，构建无人机航迹规划目标函数，具体包含如下：1最小化无人机的飞行路径长度，用于减少飞行时间和能量消耗；2最小化飞行过程中的高度变化，用于维持飞行的平稳性；3最大化用户传输速率和，用于提升通信效率和质量；其中，无人机飞行路径长度代价函数表示为： 飞行高度变化代价函数表示为： 用户传输速率和函数表示为： 无人机航迹规划目标函数综合表示为上述三个代价函数的加权和形式： 式中，分别为上述三种代价函数flength、falt、fvel的权重系数，用于平衡三个目标之间的优先级和相对重要性；构建约束条件，具体如下：1现有约束模型：无人机最大飞行速度和加速度分别为vmax和amax，速度和加速度需要满足以下约束： 在飞行过程中，无人机必须完全避开禁飞区NFZ；现有时间离散化的方法仅能确保无人机在某些离散点处即q[n-1]和q[n]，不进入NFZ，用公式表示为： 并不能保证从q[n-1]过渡到q[n]时，每一处的飞行轨迹距离NFZ的中心始终大于等于NFZ的半径，鉴于这一局限性，对其进行优化；2新增约束模型：将q[n-1]和q[n]之间无人机的实际飞行轨迹等分为K份，得到K+1个点，记为其中对应于起始点q[n-1]，对应于终点q[n]；无人机的飞行轨迹在每一个时隙内呈现出抛物线这一典型的二次曲线特征且在时间上是连续变化的选用直线逼近的方法来近似其路径；在这K+1个点处对无人机飞行轨迹方程进行一阶泰勒展开： 得到K+1条切线方程，其中fxk即所在时隙的y值，xk即相应时隙的x值；由于x,y是关于t的参数方程，对于可以通过链式法则来求出；切线方程构成了对无人机实际飞行轨迹的分段线性逼近，每一逼近段均紧密贴合原轨迹在对应区间的局部形态，从而实现了对整体轨迹的有效模拟；联立相邻两条切线的切线方程： 求解出K个交点，记为为了实现完全规避禁飞区的目标，增加一个新的约束条件，令这K个交点均位于NFZ之外，即满足条件： 通过约束条件，实现这个时隙无人机完全规避NFZ。

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