waypointTrajectory
航路点轨迹发生器
描述
的waypointTrajectory系统对象™使用指定的路径点生成轨迹。当您创建System对象时，您可以选择指定每个路径点的到达时间、速度和方向。看到算法欲知详情。
从路径点生成轨迹:
创建
waypointTrajectory对象并设置其属性。像调用函数一样调用该对象。
有关系统对象如何工作的详细信息，请参见什么是系统对象?．
创建
描述
轨迹= waypointTrajectory轨迹，它会根据默认的固定路径点生成一个轨迹。
轨迹= waypointTrajectory (路点，TimeOfArrival）路点生成的轨迹穿过TimeOfArrival在每个航路点。
轨迹= waypointTrajectory (路点，TimeOfArrival，名称,值）的名字到指定的价值．未指定的属性和创建参数具有默认值或推断值。
例子:轨迹= waypointTrajectory([10,10,0;20,20,0;20,20,10]，[0,0.5,10])创建一个路径点轨迹系统对象，轨迹，从航路点开始[10 10 0]，然后穿过[0] 20日20日0.5秒后(20、20、10)10秒钟后。
创建参数
创建参数是在创建System对象期间设置的属性，以后不能修改。如果没有显式设置创建参数值，则会推断出属性值。
如果指定任何创建参数，则必须同时指定路点而且TimeOfArrival创建参数。你可以指定路点而且TimeOfArrival作为纯值参数或名-值对。
属性
对象的功能
要使用对象函数，请将System对象指定为第一个输入参数。例如，释放system对象的系统资源obj，使用这种语法:
发行版(obj)
例子
创建默认的waypointTrajectory
轨迹= waypoint弹道
轨迹= waypointTrajectory with properties: SampleRate: 100 SamplesPerFrame: 1 Waypoints: [2x3 double] TimeOfArrival: [2x1 double] velocity: [2x3 double] Course: [2x1 double] GroundSpeed: [2x1 double] ClimbRate: [2x1 double] Orientation: [2x1四元数]AutoPitch: 0 AutoBank: 0 ReferenceFrame: 'NED'
通过呼叫检查默认的路径点和到达时间waypointInfo．默认情况下，路径点指示一秒钟的静止位置。
waypointInfo(轨迹)
ans =2×2表TimeOfArrival锚点 _____________ ___________ 0 0 0 0 1 0 0 0
创建方形轨迹
创建一个方形轨迹，并检查路径点约束、采样率和生成的轨迹之间的关系。
通过定义正方形的顶点来创建一个正方形轨迹。在每个路径点上定义指向运动方向的方向。指定1hz采样率并使用默认值SamplesPerFrame为1。
路点= [0,0,0;.．.初始位置0 1 0;.．.1 1 0;.．.1 0 0;.．.0, 0, 0);最终位置Toa = 0:4;%到达时间方向=四元数([0,0,0;.．.45 0 0;.．.135年,0,0;.．.225年,0,0;.．.0, 0, 0),.．.“eulerd”，“ZYX股票”，“帧”）;轨迹(路径点，.．.“TimeOfArrival”toa,.．.“定位”取向,.．.“SampleRate”1);
创建一个图形并绘制平台的初始位置。
图(1)情节(锚点(1,- 1),锚点(1、2)," b *’)标题(“位置”)轴([-1,2，-1,2]广场包含(“X”) ylabel (“Y”网格)在持有在
在循环中，步进轨迹以输出当前位置和当前方向。绘制当前位置并记录方向。使用暂停模拟实时处理。
orientationLog = 0 (toa(end)*轨迹。SampleRate 1“四元数”）;Count = 1;而~isDone(轨迹)[currentPosition,orientationLog(count)] =轨迹();currentPosition的情节(currentPosition (1), (2),“波”) pause(trajectory.SamplesPerFrame/trajectory.SampleRate) count = count + 1;结束持有从
将方向四元数转换为欧拉角以便于解释，然后绘制随时间变化的方向图。
图(2)eulerAngles = eulerd([orientation(1);orientationLog]，“ZYX股票”，“帧”）;情节(toa, eulerAngles (: 1),“柯”，.．.toa, eulerAngles (:, 2),“bd”，.．.toa, eulerAngles (:, 3),“r”。）;标题(“随时间变化的取向”)传说('绕z轴旋转'，“绕y轴旋转”，“绕x轴旋转”)包含(的时间(秒)) ylabel (的旋转(度)网格)在
到目前为止，轨迹对象只输出了在构造过程中指定的路径点。若要在路径点之间进行插值，请将采样速率增加到比路径点到达时间更快的速率。设置轨迹采样率为100hz并调用重置．
轨迹。SampleRate= 100; reset(trajectory)
创建一个图形并绘制平台的初始位置。在循环中，步进轨迹以输出当前位置和当前方向。绘制当前位置并记录方向。使用暂停模拟实时处理。
图(1)情节(锚点(1,- 1),锚点(1、2)," b *’)标题(“位置”)轴([-1,2，-1,2]广场包含(“X”) ylabel (“Y”网格)在持有在orientationLog = 0 (toa(end)*轨迹。SampleRate 1“四元数”）;Count = 1;而~isDone(轨迹)[currentPosition,orientationLog(count)] =轨迹();currentPosition的情节(currentPosition (1), (2),“波”) pause(trajectory.SamplesPerFrame/trajectory.SampleRate) count = count + 1;结束持有从
现在轨迹输出呈圆形。这是因为waypointTrajectory系统对象™在插值时最大限度地减少加速度和角速度，从而在大多数情况下产生更平滑、更真实的运动。
将方向四元数转换为欧拉角以便于解释，然后绘制随时间变化的方向图。方向也被插入。
图(2)eulerAngles = eulerd([orientation(1);orientationLog]，“ZYX股票”，“帧”）;t = 0:1/trajectory.SampleRate:4;情节(t, eulerAngles (: 1),“柯”，.．.t, eulerAngles (:, 2),“bd”，.．.t, eulerAngles (:, 3),“r”。）;标题(“随时间变化的取向”)传说('绕z轴旋转'，“绕y轴旋转”，“绕x轴旋转”)包含(的时间(秒)) ylabel (的旋转(度)网格)在
的waypointTrajectory算法通过插值路径点来创造一个平滑的轨迹。为了回到方形轨迹，提供更多的路径点，特别是在急剧变化的周围。要跟踪相应的时间、路径点和方向，请在单个矩阵中指定所有的轨迹信息。
%时间，路点，方向轨迹信息= [0,0,0,0,0,0,0,0;.．.初始位置0.1,0, 0.1,0, 0,0;.．.0.9,0, 0.9,0, 0,0;.．.1,0,1,0,45,0,0;.．.1.1, 0.1, 1,0,90,0,0;.．.1.9, 0.9, 1,0,90,0,0;.．.2,1,1,0,135,0,0;.．.2.1, 1,0.9, 0,180,0,0;.．.2.9, 1,0.1, 0,180,0,0;.．.3,1,0,0,225,0,0;.．.3.1, 0.9, 0,0,270,0,0;.．.3.9, 0.1, 0,0,270,0,0;.．.4,0,0,0, 0,270,0,0];最终位置轨迹= waypointTrajectory(轨迹信息(:，2:4)，.．.“TimeOfArrival”trajectoryInfo (: 1),.．.“定位”四元数(trajectoryInfo(:, 5:结束),“eulerd”，“ZYX股票”，“帧”)，.．.“SampleRate”, 100);
创建一个图形并绘制平台的初始位置。在循环中，步进轨迹以输出当前位置和当前方向。绘制当前位置并记录方向。使用暂停模拟实时处理。
图(1)情节(锚点(1,- 1),锚点(1、2)," b *’)标题(“位置”)轴([-1,2，-1,2]广场包含(“X”) ylabel (“Y”网格)在持有在orientationLog = 0 (toa(end)*轨迹。SampleRate 1“四元数”）;Count = 1;而~isDone(轨迹)[currentPosition,orientationLog(count)] =轨迹();currentPosition的情节(currentPosition (1), (2),“波”) pause(trajectory.SamplesPerFrame/trajectory.SampleRate) count = count+1;结束持有从
轨迹输出现在看起来更像正方形，特别是在带有路径点的顶点周围。
将方向四元数转换为欧拉角以便于解释，然后绘制随时间变化的方向图。
图(2)eulerAngles = eulerd([orientation(1);orientationLog]，“ZYX股票”，“帧”）;t = 0:1/trajectory.SampleRate:4;eulerAngles = plot(t,eulerAngles(:，1)，“柯”，.．.t, eulerAngles (:, 2),“bd”，.．.t, eulerAngles (:, 3),“r”。）;标题(“随时间变化的取向”)传说('绕z轴旋转'，.．.“绕y轴旋转”，.．.“绕x轴旋转”，.．.“位置”，“西南”)包含(的时间(秒)) ylabel (的旋转(度)网格)在
创建弧线轨迹
方法创建圆弧轨迹waypointTrajectory系统对象™。waypointTrajectory创建通过指定路径点的路径，使加速度和角速度最小化。创建弧线轨迹后，将轨迹限制在预设的范围内。
创建弧形轨迹
定义一个由路径点、到达时间和弧线轨迹方向组成的约束矩阵。生成的轨迹在指定的时间以指定的方向通过路径点。的waypointTrajectory系统对象需要使用四元数或旋转矩阵指定方向。属性时，将保存在约束矩阵中的欧拉角转换为四元数取向财产。
到达，航路点，方向约束= [0,20,20,0,90,0,0;3、50、20、0、90、0、0;4,58,15.5, 0,162,0,0;5.5, 59.5,0,0 180,0,0];轨迹= waypointTrajectory(constraints(:，2:4)，.．.“TimeOfArrival”约束(:1),.．.“定位”四元数(约束(:,前书5章7节)“eulerd”，“ZYX股票”，“帧”));
调用waypointInfo在轨迹返回包含指定约束的表。创建属性路点，TimeOfArrival,取向是表中的变量。该表便于作图时标引。
tInfo = waypointInfo(轨迹)
tInfo = 4x3表TimeOfArrival Waypoints Orientation _____________ ____________________ ________________ 0 20 20 0 {1x1四元数}3 50 20 0 {1x1四元数}4 58 15.5 0 {1x1四元数}5.5 59.5 0 0 {1x1四元数}
轨迹对象在每次调用时输出当前位置、速度、加速度和角速度。调用轨迹在循环中，画出随时间变化的位置。缓存其他输出。
图(1)情节(tInfo.Waypoints (1, 1), tInfo.Waypoints(1、2)," b *’)标题(“位置”xlabel([20,65,0,25])“北”) ylabel (“东”网格)在Daspect([11 1 1])保持在(tInfo.TimeOfArrival(end)*trajectory.SampleRate,1，“四元数”）;vel = 0 (tInfo.TimeOfArrival(end)*trajectory.SampleRate,3);Acc = vel;angVel = vel;Count = 1;而~isDone(轨迹)[pos,orient(计数)，vel(计数，:)，acc(计数，:)，angVel(计数，:)]=轨迹();情节(pos pos (1), (2),“波”) pause(trajectory.SamplesPerFrame/trajectory.SampleRate) count = count + 1;结束
检查方向，速度，加速度，角速度随时间的变化。的waypointTrajectory系统对象™通过指定的限制来创建路径，以最小化加速度和角速度。
图(2)timeVector = 0:(1/trajectory.SampleRate): tininfo . timeofarrival (end);eulerAngles = eulerd([tininfo . orientation {1};orient]，“ZYX股票”，“帧”）;情节(timeVector eulerAngles (: 1),.．.timeVector eulerAngles (:, 2),.．.timeVector eulerAngles (:, 3));标题(“随时间变化的取向”)传说('绕z轴旋转'，.．.“绕y轴旋转”，.．.“绕x轴旋转”，.．.“位置”，“西南”)包含(的时间(秒)) ylabel (的旋转(度)网格)在图(3)图(timeVector(2:结束),或者(:1),.．.timeVector(2:结束),或者(:,2),.．.timeVector(2:结束),或者(:,3));标题(“速度随时间”)传说(“北”，“东”，“下来”)包含(的时间(秒)) ylabel (“速度(米/秒)”网格)在图(4)情节(timeVector(2:结束)、acc (: 1),.．.timeVector(2:结束)、acc (:, 2),.．.timeVector(2:结束)、acc (:, 3));标题(“随时间加速”)传说(“北”，“东”，“下来”，“位置”，“西南”)包含(的时间(秒)) ylabel (“加速度(m / s ^ 2)”网格)在图(5)图(timeVector(2:结束),angVel (: 1),.．.timeVector(2:结束),angVel (:, 2),.．.timeVector(2:结束),angVel (:, 3));标题(角速度除以时间)传说(“北”，“东”，“下来”)包含(的时间(秒)) ylabel (角速度(rad/s)网格)在
将弧线轨迹限制在预设范围内
您可以指定额外的路径点来创建给定边界内的轨迹。为弧轨迹创建上界和下界。
图(1)xUpperBound =[(20:50)”,50 + 10 *罪(0:0.1:π/ 2);60 * 1(11日1)];yUpperBound =[20.5 . *的(31日1);10.5 + 10 * cos(0:0.1:π/ 2);(10:1:0)');xLowerBound =[(20:49)”;50 + 9 *罪(0:0.1:π/ 2);59 * 1(11日1)];yLowerBound =[19.5 . *的(30、1);10.5 + 9 * cos(0:0.1:π/ 2);(10:1:0)');情节(xUpperBound yUpperBound,“r”，“线宽”2);情节(xLowerBound yLowerBound,“r”，“线宽”, 2)
要在边界内创建轨迹，请添加额外的路径点。创建一个新的waypointTrajectory系统对象™，然后在循环中调用它以绘制生成的轨迹。对象的方向、速度、加速度和角速度输出轨迹对象。
%时间，路点，方向约束= [0,20,20,0,90,0,0;1.5, 35,20, 0,90,0,0;2.5 45,20,0, 90,0,0;3、50、20、0、90、0、0;3.3, 53,19.5, 0,108,0,0;3.6, 55.5,18.25,0, 126,0,0;3.9, 57.5,16, 0,144,0,0;4.2, 59,14,0, 162,0,0;4.5, 59.5,10,0 180,0,0;5,59.5,5,0 180,0,0; 5.5, 59.5,0,0 180,0,0]; trajectory = waypointTrajectory(constraints(:,2:4),.．.“TimeOfArrival”约束(:1),.．.“定位”四元数(约束(:,前书5章7节)“eulerd”，“ZYX股票”，“帧”));tInfo = waypointInfo(轨迹);图(1)情节(tInfo.Waypoints (1, 1), tInfo.Waypoints(1、2)," b *’) count = 1;而~isDone(轨迹)[pos,orient(计数)，vel(计数，:)，acc(计数，:)，angVel(计数，:)]=轨迹();情节(pos pos (1), (2),“gd”) pause(trajectory.SamplesPerFrame/trajectory.SampleRate) count = count + 1;结束
生成的轨迹现在符合指定的边界。可视化生成的轨迹的方向、速度、加速度和角速度。
图(2)timeVector = 0:(1/trajectory.SampleRate): tininfo . timeofarrival (end);eulerAngles = eulerd(orient，“ZYX股票”，“帧”）;情节(timeVector(2:结束),eulerAngles (: 1),.．.timeVector(2:结束),eulerAngles (:, 2),.．.timeVector(2:结束),eulerAngles (:, 3));标题(“随时间变化的取向”)传说('绕z轴旋转'，.．.“绕y轴旋转”，.．.“绕x轴旋转”，.．.“位置”，“西南”)包含(的时间(秒)) ylabel (的旋转(度)网格)在图(3)图(timeVector(2:结束),或者(:1),.．.timeVector(2:结束),或者(:,2),.．.timeVector(2:结束),或者(:,3));标题(“速度随时间”)传说(“北”，“东”，“下来”)包含(的时间(秒)) ylabel (“速度(米/秒)”网格)在图(4)情节(timeVector(2:结束)、acc (: 1),.．.timeVector(2:结束)、acc (:, 2),.．.timeVector(2:结束)、acc (:, 3));标题(“随时间加速”)传说(“北”，“东”，“下来”)包含(的时间(秒)) ylabel (“加速度(m / s ^ 2)”网格)在图(5)图(timeVector(2:结束),angVel (: 1),.．.timeVector(2:结束),angVel (:, 2),.．.timeVector(2:结束),angVel (:, 3));标题(角速度除以时间)传说(“北”，“东”，“下来”)包含(的时间(秒)) ylabel (角速度(rad/s)网格)在
注意，虽然生成的轨迹现在符合空间边界，但轨迹的加速度和角速度有些不稳定。这是由于过度指定路径点。
生成跑道轨迹使用waypointTrajectory
考虑一个跑道轨迹，如下所示。
轨迹的四个角点分别为(0,0,0)，(20,0,0)，(20,5,0)和(0,5,0)，单位为米。因此，指定循环的路径点为:
WPS = [0 0 0;20 0 0;20 50 0;0 5 0;0 0 0];
假设轨迹的速度为2m /s，则5个路径点的速度为:
Vels = [2 0 0;2 0 0;-2 0 0;-2 0 0;2 0 0];
5个航路点到达时间为:
T = cumsum([0 20/2 5*pi/2/2 20/2 5*pi/2/2]');
5个路径点处的轨迹方向为:
eulerAngs = [0 0 0;0 0 0;180 0 0;180 0 0;0 0 0];%角度。将欧拉角转换为四元数。quats =四元数“eulerd”，“ZYX股票”，“帧”）;
为平滑轨迹线，指定采样率为100。
Fs = 100;
构建waypointTrajectory．
traj = waypointTrajectory(wps，“SampleRate”fs,.．.“速度”或者,.．.“TimeOfArrival”t.．.“定位”、皮疹);
采样并绘制轨迹。
[pos, orient, vel, acc, angvel] = traj();I = 1;spf = traj.SamplesPerFrame;而~isDone(traj) idx = (i+1):(i+spf);[pos (idx:),东方(idx:).．.Vel (idx，:)， acc(idx，:)， angvel(idx，:))] = traj();I = I +spf;结束
画出轨迹和指定的航路点。
情节(pos (: 1), pos (:, 2), wps (: 1), wps (:, 2),“- o”)包含(“X (m)”) ylabel (“Y (m)”) zlabel (“Z (m)”)({传奇“轨迹”，“锚点”})轴平等的
算法
的waypointTrajectory系统对象定义了平滑地通过路径点的轨迹。轨迹通过插值连接路径点，该插值假设在轨迹参考系中表示的重力方向是常数。一般来说，你可以使用waypointTrajectory模拟数百公里范围内的平台或车辆轨迹。
轨迹的平面路径x-y平面投影)由分段的环状曲线组成。两个连续路径点之间的曲线曲率随路径点之间的曲线长度线性变化。路径在每个航路点处的切线方向被选择以尽量减少曲率中的不连续，除非路径通过课程属性或隐式地通过速度财产。一旦路径建立，该对象使用三次赫米特插值来计算车辆在整个路径上的位置，作为时间和行进的平面距离的函数。
法向分量(z-分量)的轨迹随后被选择以满足形状保持分段样条(PCHIP)，除非通过显式指定爬升率ClimbRate属性的第三列速度财产。根据所选的爬升率选择符号ReferenceFrame：
当选择“ENU”参考系时，指定正爬升率将导致值的增加z．
当选择“NED”参考系时，指定正爬升率将导致值的递减z．
你可以通过两种主要方式来定义车辆的方向:
如果
取向属性，则对象使用分段三次、四元数样条来计算沿路径的方向作为时间的函数。如果
取向属性未指定，则车辆的偏航始终与路径对齐。滚动和俯仰然后由控制AutoBank而且AutoPitch属性值。AutoBankAutoPitch描述 假假车辆始终保持水平(俯仰和横滚为零)。这通常用于大型船舶。 假真正的车辆的俯仰与路径对齐，其滚转始终为零。这通常用于地面车辆。 真正的假车辆的俯仰和侧倾的选择是局部的z-轴与净加速度(包括重力)对齐。这通常用于旋翼飞行器。 真正的真正的车辆横摇的选择使其局部横断面与净加速度(包括重力)对齐。车辆俯仰与路径对齐。这通常用于两轮车辆和固定翼飞机。
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