DE102021203990A1

DE102021203990A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer kontinuierlichen Trajektorie eines Fahrzeuges, sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE102021203990A1
Application number: DE102021203990.1A
Authority: DE
Inventors: Anke Schmeink; Hu Yulin; Yuan Xiaopeng
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer kontinuierlichen Trajektorie eines Fahrzeuges, wobei die Trajektorie zwei Punkte (D1, D2) im Raum verbindet, wobei die Trajektorie an einem Ortspunkt (D0) zumindest vorbeiführen soll, wobei für das Fahrzeug eine vorbestimmte maximale Geschwindigkeit zur Verfügung steht und wofür für die Überführung des Fahrzeuges entlang der kontinuierlichen Trajektorie eine bestimmte Zeit zur Verfügung steht, aufweisend die Schritte:• Erhalten von Eingaben bezüglich der Koordinaten der zwei Punkte, des Ortspunktes, sowie der maximalen Geschwindigkeit und der bestimmten Zeit,• Bestimmen eines äquivalenten mechanischen Problems mit einem künstlichen Schwerefeld, wobei das Zentrum des künstlichen Schwerefeldes (APF) dem Ortspunkt entspricht,• Variieren von Startwinkel (a) und/oder Amplitude (Q) des Anfangsvektors, sodass eine kontinuierliche Trajektorie gebildet wird, wobei die vorbestimmte maximale Geschwindigkeit nicht überschritten und die vorbestimmte Zeit ausgenutzt wird.Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung einer kontinuierlichen Trajektorie eines Fahrzeuges, sowie deren Verwendung.

Description

Hintergrund
Unbemannte Luftfahrzeuge, englisch Unmanned aerial vehicles (UAVs), auch bekannt als Drohnen, wurden bereits für drahtlose Netzwerke zur Unterstützung der Netzwerkleistung als auch für neue Dienste entwickelt.
Die dabei von den UAVs zur Verfügung gestellte Mobilität erlaubt es, eine Vielzahl von Trajektorien, d.h. Bewegungsbahnen zu entwickeln, die bestimmte Szenarien im Netzwerk bedienen sollen. Beispielsweise können so potentielle Überlastungen bei der Signalweiterleitung verhindert werden, siehe z.B. die Artikel „Aerial Control System for Spectrum Efficiency in UAV-to-Cellular Communications“ der Autoren H. Hellaoui, O. Bekkouche, M. Bagaa and T. Taleb, veröffentlicht in IEEE Commun. Mag., vol. 56, no. 10, pp. 108-113, 2018, bzw. „Robust Trajectory and Transmit Power Design for Secure UAV Communications“ der Autoren M. Cui, G. Zhang, Q. Wu and D.W.K. Ng, veröffentlicht in IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 67, no. 9, pp. 9042-9046, 2018, und/oder Übertragungskanäle mit hoher Qualität, siehe z.B. Artikel „Wireless Communications with Unmanned Aerial Vehicles: Opportunities and Challenges,“ der Autoren Y. Zeng, R. Zhang and T. J. Lim, veröffentlicht in IEEE Commun. Mag. , vol. 54, no. 5, pp. 36-42, May 2016, errichtet werden.
Um die Vorteile nutzen zu können wurden - ähnlich wie bei klassischen Netzwerken - statische Positionen entwickelt, um die Netzwerkperformance zu verbessern, d.h. indem UAVs für (bodengestützte) Nutzer als Basisstation agieren und/oder um die Ausfallsicherheit durch Verwendung als Relais zu verbessern.
In anderen Netzwerken, in denen UAVs auch Kommunikationsaufgaben übernehmen, wird durch ein (vorgelagertes) Design der Trajektorie versucht, die Kanalkapazität zu erhöhen bzw. die Energieeffizienz zu verbessen oder andere Werte zu verbessern.
Auch in anderen Bereichen können bzw. finden solche UAVs Anwendung. Es sei hier nur an den Transport von Gütern, die Überwachung, Bergungsunterstützung, Ressourcenerkundung, Archäologie, etc. genannt. Als Beispiele sei auf „Survey of Important Issues in UAV Communication Networks,“ der Autoren L. Gupta, R. Jain and G. Vaszkun, veröffentlicht in IEEE Commun. Surv. & Tuts. vol. 18, no. 2, pp. 1123-1152, Second quarter 2016, „Toward A Fully Autonomous UAV: Research Platform for Indoor and Outdoor Urban Search and Rescue“, der Autoren T. Tomic, K. Schmid, P. Lutz, and et. al., veröffentlicht in IEEE Rob. & Auto. Mag., vol. 19, no. 3, pp. 46-56, 2012, sowie „UAV-Based loT Platform: A Crowd Surveillance Use Case“, der Autoren N.H. Motlagh, M. Bagaa and T. Taleb,veröffentlicht in IEEE Commun. Mag., vol. 55, no. 2, pp. 128-134, 2017 verwiesen.
Eine Bewegungsbahn in Realität muss in der Regel kontinuierlich sowohl in Raum als auch Zeit sein. Für ein Design einer solchen Bewegungsbahn müsste daher eine (unendlich) hohe Anzahl von Variablen gleichzeitig optimiert werden.
In bisherigen Ansätzen wurden bisher diskrete Modelle verwendet, um solche Bewegungsbahnen zu erhalten. Jeweils zwei benachbarte Punkte können dabei einer Randbedingung eines maximalen Abstandes zueinander unterliegen. Die Bewegungsbahn kann dadurch approximiert werden, so dass die entsprechenden Gitterpunkte optimiert werden.
Dieses Vorgehen weist jedoch die folgenden nachteiligen Eigenschaften auf. Zum einen ist die resultierende Bewegungsbahn immer sub-optimal, zum anderen nimmt mit zunehmender Punktdichte auch die rechnerische Komplexität zu.
Ein anderer Ansatz basiert auf einem successive-hover-fly (SHF) Strukturansatz. Bei diesem wird angenommen, dass das UAV sowohl Schwebe als auch Flugeigenschaften aufweist, bei dem das UAV an bestimmten Punkten für jeweilige Zeiten schwebt. Entsprechend dieses Strukturansatzes der Schwebepunkte wird eine Bewegungsbahn entsprechend der Schwebepunkte und Schwebedauern entwickelt. Dieses Verfahren kann jedoch nicht auf alle Anwendungsfälle angewendet werden.
Auch wenn mit diesem Ansatz die Komplexität verringert werden kann, ist dies nur auf Kosten der Genauigkeit bzw. auf Kosten der besten Zielerfüllung für die Bewegungsbahn möglich. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Flugbahn zwischen zwei Schwebepunkten als gerade Linie(n) erzeugt wird. Dies entspricht hingegen nicht realen Szenarien.
Im Ergebnis zeigt sich, dass die so erhaltenen Bewegungsbahnen immer sub-optimal sind. Lediglich durch eine massive Erhöhung der Punktanzahl (d.h. kleinere Gitterweite) könnte dieses Problem verringert werden, allerdings immer auf Kosten der Berechnungszeit.
Jedoch wird diese Minimierung mit einer starken Erhöhung der notwendigen Rechenleistung und/oder Rechendauer für die Erstellung der Bewegungsbahn erkauft.
Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Verbesserung zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer kontinuierlichen Trajektorie eines Fahrzeuges, wobei die Trajektorie zwei Punkte im Raum verbindet, wobei die Trajektorie an einem Ortspunkt (D0) zumindest vorbeiführen soll, wobei für das Fahrzeug eine vorbestimmte maximale Geschwindigkeit zur Verfügung steht und wofür für die Überführung des Fahrzeuges entlang der kontinuierlichen Trajektorie eine bestimmte Zeit zur Verfügung steht, aufweisend die Schritte:

• Erhalten von Eingaben bezüglich der Koordinaten der zwei Punkte, des Ortspunktes, sowie der maximalen Geschwindigkeit und der bestimmten Zeit,
• Bestimmen eines äquivalenten mechanischen Problems mit einem künstlichen Schwerefeld, wobei das Zentrum des künstlichen Schwerefeldes dem Ortspunkt entspricht,
• Variieren von Startwinkel und/oder Amplitude des Anfangsvektors, sodass eine kontinuierliche Trajektorie gebildet wird, wobei die vorbestimmte maximale Geschwindigkeit nicht überschritten wird und die vorbestimmte Zeit ausgenutzt wird.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung einer kontinuierlichen Trajektorie eines Fahrzeuges gelöst, die

• Mittel zum Erhalten von Eingaben bezüglich der Koordinaten der zwei Punkte, des Ortspunktes, sowie der maximalen Geschwindigkeit und der bestimmten Zeit,
• Mittel zum Bestimmen eines äquivalenten mechanischen Problems mit einem künstlichen Schwerefeld, wobei das Zentrum des künstlichen Schwerefeldes (APF) dem Ortspunkt entspricht,
• Mittel zum Variieren von Startwinkel (a) und/oder Amplitude (Q) des Anfangsvektors, sodass eine kontinuierliche Trajektorie gebildet wird, wobei die vorbestimmte maximale Geschwindigkeit nicht überschritten wird und die vorbestimmte Zeit ausgenutzt wird,
• Mittel zum Ausgeben der so bestimmten Trajektorie

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verwendungen sind Gegenstand der Beschreibung, der Figuren als auch der weiteren Ansprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:

1

Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1% bis zu +/- 10 %.
Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikationen, die im Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - im Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten / galten zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen zu verstehen.
Anders als in bisherigen Ansätzen wird hier nicht eine Diskretisierung zur Erstellung der Trajektorie verwendet. Vielmehr orientiert sich die Erfindung in der Suche einer (optimalen) Trajektorie an einem anderen Ansatz.
Im Rahmen der Erfindung wird ein künstliches Schwerfeld, engl. artificial potential field (APF), für die Modellbildung verwendet. Basierend auf diesem wird das Ziel der Trajektorienerstellung in ein äquivalentes mechanisches Problem umformuliert. In diesem äquivalenten mechanischen Problem kann die Trajektorie als ein extrem weiches und dünnes Seil verstanden werden, das eine variable Dichte aufweist, die repräsentativ für die Geschwindigkeit des UAVs ist. Das entsprechende Problem der Optimierung der Systemperformance wird dabei in eine Verkleinerung (Minimierung) der gesamten künstlichen potentiellen Energie des Seiles transformiert.
Im Ergebnis verbleibt das Seil in der optimalen Lösung in einem Gleichgewichtszustand und die Trajektorie des UAVs kann äquivalent verbessert (optimiert) werden durch eine Formbestimmung des Seiles im künstlichen Schwerefeld APF entsprechend der mechanischen Prinzipien.
Dabei ergibt sich, dass das Seil im Gleichgewichtszustand verbleibt, wenn die potentielle Energie minimal ist. Daher ergibt sich auch, dass, wenn das Design der Seilform entsprechend der mechanischen Prinzipien geformt ist, die dadurch dargestellte Bewegungsbahn / die Trajektorie des Fahrzeuges optimiert ist.

Es sei angemerkt, dass zwar in anderen Bereichen auch schon künstliche Schwerefelder zur Bahnbestimmung verwendet wurden (siehe beispielsweise CN 111638725 A , CN 108459612 A , CN 104029203 B , CN 111168675 A ), diese jedoch lediglich für Approximationen der Modellrandbedingungen, wie z.B. Hindernisse, verwendet werden, um Kollisionen zu vermeiden. Im Gegensatz dazu ist in der Erfindung jedem Ort des Seiles eine Ortsinformation und eine Geschwindigkeitsinformation zugeordnet. Durch die Form des Seiles ergibt sich zudem eine Richtungsinformation. D.h., anders als in bisherigen Ansätzen besitzt das künstliche Schwerefeld Eigenschaften, die sich auf diese Informationen direkt auswirken.

Entsprechungen
(UAV) Trajektorien-Erstellung	Äquivalentes mechanisches Problem
(UAV) Trajektorie	Dichtevariables Seil
(UAV) Weg{x̂(s), ŷ(s)}	Seilform {x̂'(s), ŷ'(s)}
(UAV) Wegstrecke S	Seillänge S'
(UAV) Geschwindigkeit v(s)	Kehrwert der Seilliniendichte $\frac{1}{ρ (s)}$
(UAV) Geschwindigkeitsgrenze / maximale Geschwindigkeit V	Kehrwert der minimalen Seilliniendichte $\frac{1}{ρ_{m i n}}$ Pmin
Zugeordnete Zeitdauer T	Seilmasse m
Maximale Übertragungsrate R(x,y)	Negatives künstliches Schwerefeld -R''(x,y)
Gesamtdurchsatz Û({x̂(s), ŷ(s)}, v(s))	Negatives potentielle Energie des künstlichen Schwerefeldes — Û''({x̂'(s), ŷ'(_S)1, ρ(s))

Offensichtlich ist die maximale Übertragungsrate bzw. der Gesamtdurchsatz abhängig vom Anwendungsfall.
Weitere Details, Hintergründe und mathematische Beweise sind dem Artikel „Novel Optimal Trajectory Design in UAV-Assisted Networks: A Mechanical Equivalence-Based Strategy‟ der Autoren Xiaopeng Yuan, Yulin Hu, Deshi Li and Anke Schmeink in der Zeitschrift IEEE Journal on Selected Areas in Communications, zur Veröffentlichung akzeptiert, zu entnehmen, aus dessen Gegenstand diese Patentanmeldung erfolgt ist, und die als explizite Referenz aufgeführt ist.
In der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer kontinuierlichen Trajektorie eines Fahrzeuges bereitgestellt. Die Trajektorie verbindet dabei ganz allgemein zwei Punkte D1, D2 im Raum. Diese werden nachfolgend als auf einer Ebene befindlich angenommen, wobei dies keine notwendige Randbedingung ist, sondern nur der vereinfachten Darstellung dient.
Nachfolgend sei der Fall angenommen, dass ein Fahrzeug am Ort D1 startet und das Ziel D2 besitzt. Das Fahrzeug UAV soll z.B. Netzwerkleistung für den Punkt D0 zur Verfügung stellen. Es hat eine endliche maximale Geschwindigkeit und eine zugordnete Zeitdauer (Flugdauer, z.B. maximale Flugdauer wegen Akkuleistung ...). Offensichtlich ist die Netzwerkleistung ebenfalls limitiert. Der Gesamtdurchsatz im Sinne der Netzwerkleistung, den das Fahrzeug UAV dann zur Verfügung stellen kann, ist abhängig vom Ort des Fahrzeuges UAV. Verkürzt gesagt sollte das Fahrzeug UAV möglichst lang in der Nachbarschaft des Punktes D0 verweilen.
Im einfachsten Fall, d.h. wenn das Seil lang genug ist - bzw., wenn die zur Verfügung stehende Zeit (zugeordnete Zeitdauer) lange genug ist. kann die Trajektorie nicht nur an dem Ortspunkt D0, wie in 1 gezeigt, vorbeiführen, sondern das Fahrzeug UAV kann sogar eine Zeit lang am Ort D0 verweilen, siehe 1 und 3.
D.h. in diesem Fall würde das Fahrzeug UAV z.B. vom Punkt D1 zum Punkt D0 sich bewegen, am Punkt D0 verweilen und anschließend zum Punkt D2 sich bewegen. In diesem Fall wäre die jeweils direkte Verbindung die beste.
Anders hingegen ist der Fall, wenn die Zeitdauer nicht ausreicht. Dies ist im Vergleich zu 3 in 4 dargestellt. In diesem Fall wäre das Seil nicht mehr lang genug, um ein Verweilen am Ortspunkt D0 zu ermöglichen. D.h., das Seil führt in der Nachbarschaft des Ortspunktes D0 vorbei.
In diesem Fall kann das Problem in ein äquivalentes Problem (wie oben anhand der Entsprechungen aufgezeigt) umformuliert werden.
Dazu müssen in einem ersten Schritt Eingaben bezüglich der Koordinaten der zwei Punkte, des Ortspunktes, sowie der maximalen Geschwindigkeit und der bestimmten Zeit erhalten werden.
Anschließend kann ein hierzu äquivalentes mechanisches Problem mit einem künstlichen Schwerefeld bestimmt werden, wobei das Zentrum des künstlichen Schwerefeldes (APF) dem Ortspunkt D0 (bzw. seiner Projektion in der Ebene) entspricht.
Es kann nun mathematisch gezeigt werden, dass eine Lösung exzitiert, die alle Randbedingungen erfüllt.
In den 5, 6 und 7 ist nunmehr aufgezeigt, wie durch Variieren von Startwinkel α und/oder Amplitude Q des Anfangsvektors es möglich ist zur optimalen Lösung zu gelangen. Es sei angemerkt, dass die Variation von Startwinkel α und/oder Amplitude Q des Anfangsvektors nicht auf eine bestimmte Art und Weise / Reihenfolge festgelegt ist.
In 6 wird z.B. zunächst für den Startpunkt D1 die Amplitude Q bei gleichem Startwinkel α variiert. D.h. das Seil besitzt je nach Wert der Amplitude eine unterschiedliche anfängliche Spannung am Ort D1.
Dabei nimmt im Beispiel die Amplitude betragsmäßig zu, d.h. | Q1|< | Q2 | < | Q3| . In diesem Fall stellt die Amplitude Q2 eine erste Lösung dar, bei der das Seil / die Trajektorie auch durch den Punkt D2 führt.
In 7 wird nun der Startwinkel α bei bereits optimierter Amplitude verändert. Mit dem Startwinkel α ändert sich auch die Seillänge S, d.h. für im Beispiel zunehmende Startwinkel α1< α2 < α3 verlängert sich die Seillänge, d.h. S1<S2<S3.
Es gilt dabei jeweils, dass eine kontinuierliche Trajektorie gebildet wird, wobei die vorbestimmte maximale Geschwindigkeit nicht überschritten wird und die vorbestimmte Zeit ausgenutzt wird.
Dieser Zusammenhang ist auch nochmals aus den 8-10 ersichtlich. 8 zeigt Seile, die entsprechend mit einem festen Startwinkel α und Variation der Amplitude Q0 erzeugt wurden während 9 Seile zeigt, die mit fester Amplitude und unterschiedlichen Startwinkel α erzeugt wurden. In beiden Fällen ist offensichtlich, dass es jeweils einen Fall gibt, in dem das Seil durch den Ortspunkt D2 führt. Weiterhin ist unmittelbar auch ersichtlich, dass die Variationen jeweils einen monotonen Einfluss haben. In 10 sind erzeugte Seile mit unterschiedlichen Startwinkel aber optimierter Amplitude gezeigt.
Die optimale Lösung für die anfängliche Spannung Q (In Amplitude und Startwinkel) wird dann erreicht, wenn ausgehend vom Punkt D1 der Punkt D2 erreicht wird, und die gesamte Seillänge $S = \frac{m}{ρ_{m i n}}$
ist.
Es sei angemerkt, dass das Seil kontinuierlich und damit auch die Flugbahn kontinuierlich ist. Da jeder Punkt mathematisch berechenbar ist, ist auch an jedem Punkt des Seiles die Geschwindigkeit und Richtung berechenbar. Dabei muss jeweils nur einmalig zu Beginn entsprechend dem Verfahren das Seil im künstlichen Schwerefeld erzeugt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Bestimmung einer kontinuierlichen Trajektorie eines Fahrzeuges gemäß den vorgestellten Verfahren Mittel zum Erhalten von Eingaben bezüglich der Koordinaten der zwei Punkte, des Ortspunktes, sowie der maximalen Geschwindigkeit und der bestimmten Zeit, Mittel zum Bestimmen eines äquivalenten mechanischen Problems mit einem künstlichen Schwerefeld, wobei das Zentrum des künstlichen Schwerefeldes (APF) dem Ortspunkt entspricht, Mittel zum Variieren von Startwinkel (a) und/oder Amplitude (Q) des Anfangsvektors, sodass eine kontinuierliche Trajektorie gebildet wird, wobei die vorbestimmte maximale Geschwindigkeit nicht überschritten wird und die vorbestimmte Zeit ausgenutzt wird, und Mittel zum Ausgeben der so bestimmten Trajektorie auf.
Beispielhafte Mittel können durch einen (programmtechnisch eingerichteten) PC, insbesondere einen Mikroprozessor / Microcontroller, einen ASIC oder einen FPGA nebst typischer Ein-/AusgabeEinrichtungen, Speicher, etc. bereitgestellt sein.
Insbesondere erlaubt die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer kontinuierlichen Trajektorie für ein landgestütztes Fahrzeug, z.B. ein selbstlenkendes Fahrzeug, ein Erkundungsfahrzeug, eine Arbeitsmaschine, etc.. Ohne Weiteres erlaubt die Erfindung aber auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer kontinuierlichen Trajektorie für ein luftgestütztes Fahrzeug, wie z.B. eine Transport-Drohne. Ebenso erlaubt die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung einer kontinuierlichen Trajektorie für UAV-gestützte fernmeldetechnische Einrichtung.
Im Rahmen der Erfindung wird ein neuer Ansatz bereitgestellt, um eine Trajektorie unter vorgebbaren Randbedingungen zu erstellen. Dabei wird erstmalig der komplette Erstellungsansatz in ein äquivalentes physikalisches Problem unter Zuhilfenahme eines künstlichen Schwerefeldes APF überführt. Hierdurch wird das Problem analysierbar und eine optimale Lösung (nicht nur eine näherungsweise optimale Lösung) kann entsprechend der physikalischen Prinzipien charakterisiert bzw. bestimmt werden.
Wie im aufgezeigten Beispiel eines Einnutzer-Netzwerkes (siehe Entsprechungen) aufgezeigt, kann eine optimale Lösung gefunden werden. Dieser Ansatz lässt sich auch auf andere Probleme ausweiten.
Weiterhin kann durch die Erfindung eine geschlossene Form der Trajektorien-Lösung bereitgestellt werden. Hierdurch können die Rechenanforderungen erheblich verringert werden, sodass auch auf leistungsarmen Geräten eine optimale Lösung einer Trajektorie erstellt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Erstellung einer Trajektorie schnell erfolgen muss, z.B. bei Anwendungen, die eine geringe Latenz fordern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 111638725 A [0027]
CN 108459612 A [0027]
CN 104029203 B [0027]
CN 111168675 A [0027]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer kontinuierlichen Trajektorie eines Fahrzeuges, wobei die Trajektorie zwei Punkte (D1, D2) im Raum verbindet, wobei die Trajektorie an einem Ortspunkt (D0) zumindest vorbeiführen soll, wobei für das Fahrzeug eine vorbestimmte maximale Geschwindigkeit zur Verfügung steht und wofür für die Überführung des Fahrzeuges entlang der kontinuierlichen Trajektorie eine bestimmte Zeit zur Verfügung steht, aufweisend die Schritte: • Erhalten von Eingaben bezüglich der Koordinaten der zwei Punkte, des Ortspunktes, sowie der maximalen Geschwindigkeit und der bestimmten Zeit, • Bestimmen eines äquivalenten mechanischen Problems mit einem künstlichen Schwerefeld, wobei das Zentrum des künstlichen Schwerefeldes (APF) dem Ortspunkt entspricht, • Variieren von Startwinkel (a) und/oder Amplitude (Q) des Anfangsvektors, sodass eine kontinuierliche Trajektorie gebildet wird, wobei die vorbestimmte maximale Geschwindigkeit nicht überschritten wird und die vorbestimmte Zeit ausgenutzt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung einer kontinuierlichen Trajektorie eines Fahrzeuges gemäß Anspruch 1, aufweisend • Mittel zum Erhalten von Eingaben bezüglich der Koordinaten der zwei Punkte, des Ortspunktes, sowie der maximalen Geschwindigkeit und der bestimmten Zeit, • Mittel zum Bestimmen eines äquivalenten mechanischen Problems mit einem künstlichen Schwerefeld, wobei das Zentrum des künstlichen Schwerefeldes (APF) dem Ortspunkt entspricht, • Mittel zum Variieren von Startwinkel (a) und/oder Amplitude (Q) des Anfangsvektors, sodass eine kontinuierliche Trajektorie gebildet wird, wobei die vorbestimmte maximale Geschwindigkeit nicht überschritten wird und die vorbestimmte Zeit ausgenutzt wird, • Mittel zum Ausgeben der so bestimmten Trajektorie.
Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1, zur Bereitstellung einer kontinuierlichen Trajektorie für ein landgestütztes Fahrzeug.
Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1, zur Bereitstellung einer kontinuierlichen Trajektorie für ein luftgestütztes Fahrzeug.
Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1, zur Bereitstellung einer kontinuierlichen Trajektorie für UAV-gestützte fernmeldetechnische Einrichtung.