Sampling-Based Hierarchical Trajectory Planning for Formation Flight

弹道 计算机科学 采样(信号处理) 人工智能 计算机视觉 物理 天文 滤波器(信号处理)
作者
Qingzhao Liu,Bailing Tian,Xuewei Zhang,Junjie Lu,Zhiyu Li
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:26 (9): 13439-13451 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tits.2025.3565896
摘要

Formation flight of uncrewed aerial vehicles (UAVs) poses significant challenges in terms of safety and formation keeping, particularly in cluttered environments. However, existing methods often struggle to simultaneously satisfy these two critical requirements. To address this issue, this paper proposes a sampling-based trajectory planning method with a hierarchical structure for formation flight in dense obstacle environments. To ensure reliable sharing of local sensing information among UAVs, each UAV generates a safe flight corridor (SFC), which is transmitted to the leader UAV. Subsequently, a sampling-based formation guidance path generation method is designed as the front-end strategy, steering the formation to fly in the desired shape safely with the formation connectivity provided by the SFCs. Furthermore, a model predictive path integral (MPPI) based distributed trajectory optimization method is developed as the back-end part, which ensures the smoothness, safety and dynamics feasibility of the executable trajectory. To validate the efficiency of the developed algorithm, comprehensive simulation comparisons are conducted. The supplementary simulation video can be seen at https://www.youtube.com/watch?v=W2hXrjhl864
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