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固定翼无人机 Dubins 路径规划与 L1 制导完整实现
面向固定翼无人机的 Dubins 路径规划和 L1 制导律完整实现，包含所有 6 种 Dubins 路径类型求解器、3DOF 固定翼模型、L1 制导控制器、多航点任务规划和 ROS2 节点架构，提供 RViz2 实时可视化
项目说明
项目简介
固定翼无人机 Dubins 路径规划和 L1 制导律的完整实现，包含独立 Python 仿真器和完整 ROS2 节点架构。固定翼飞行器最小转弯半径由空速和最大坡度角决定，Dubins 路径是满足该约束下的数学最短路径。
核心功能
- 完整 Dubins 路径求解器：实现所有 6 种类型（LSL、RSR、LSR、RSL、RLR、LRL），自动选择最短路径
- L1 制导律控制器：经典非线性横向制导律，广泛应用于 ArduPlane 和 PX4，直线段和圆弧段横向误差保持在 5m 以内
- 三自由度固定翼模型：简化运动学模型，RK4 数值积分，时间步长 0.05s（20Hz）
- 多航点任务规划：自动在连续航点间生成 Dubins 路径，无缝衔接
- ROS2 完整架构：5 个独立节点（航点发布器、Dubins 规划器、L1 制导器、无人机仿真器、可视化器）
- RViz2 实时可视化：蓝色规划路径、红色实际轨迹、红色箭头当前位置、绿色航点标记
项目结构
- 独立 Python 仿真器：dubins_math.py（6 种路径算法）、uav_dynamics.py（3DOF 模型 + RK4）、l1_math.py（L1 制导）、脚本（绘图、仿真、动画）、pytest 测试
- ROS2 系统：5 个节点、config/dubins.rviz（预配置布局）、launch/simulation.launch.py（一键启动）
技术亮点
- Dubins 路径数学严谨性：由 Luca Dubins 于 1957 年证明的数学最优路径，工业应用广泛
- L1 制导律实战应用：Park, Deyst, and How (2004) 开发，ArduPlane 和 PX4 标准算法
- 模块化数学库：核心数学库无 ROS 依赖，双重使用，易于移植
- ROS2 标准架构：松耦合设计，标准消息类型，易于扩展，20Hz 实时控制
应用场景
固定翼路径规划（长距离巡航、多航点侦察、自动降落）、无人机地面站（航点生成、路径预览）、算法研究验证、教学演示
学术参考
Dubins (1957) 最优性证明、Beard & McLain (2012) 小型无人机教材、Park et al. (2004) L1 制导律原始论文