颜宗渊，王道波，王博航，周晨昶，姜 燕

(南京航空航天大学自动化学院，江苏 南京 211106)

0 引言

无人机路径跟踪问题可以由3个任务来描述：跟踪移动目标、跟踪航点路径以及在固定航点处运动[1]。路径跟踪最新发展主要可以分为3类：基于动力学和运动学模型的算法[2-3]、基于虚拟目标点的算法[4]和基于矢量场的算法[5]。尽管基于动力学和运动学模型的路径跟踪算法可以保证足够的跟踪性能和稳定性，但是其制导命令依赖于模型并且复杂，从而增加了计算复杂度[6]。虚拟目标点制导算法源自导弹制导系统中使用的视线制导方法，现已发展为非线性制导律[4,7-8]，但是，与其他制导律方法相比，该方法引入了更多的简便性和更少的控制工作，因为它没有考虑到无人机的运动学和动力学约束，这些约束在实际应用中会降低制导律的性能。基于矢量场的路径跟踪算法的基本思想是要构造一个理想的航向场将无人机移动到路径上，因此，制导律的计算取决于路径的类型[9]。直线和圆路径是最常见的路径，直线和圆也可以组合构造更复杂的路径。研究发现基于矢量场的路径跟踪算法具有较大优势，可以不依赖模型，且计算复杂度较小，可以加入无人机的运动学和动力学约束，跟踪性能好[10]。本文将二维矢量场法推广到三维空间，实现固定翼无人机的三维路径跟踪控制。

针对航段切换问题，采用基于圆角几何的切换准则，根据无人机是否通过半平面作为切换策略，保证无人机可以平滑过渡2条相邻航段。……