[发明专利]一种多无人飞行器协调避碰导引规划方法

权利要求书

1.一种多无人飞行器协调避碰导引规划方法，包含以下步骤：

步骤1)、根据各UAV规划的起始点、结束点及运动速度方向，按照PH曲线的生成方法，结合各UAV飞行时的动态性能约束，给出各UAV的PH曲线航迹作为全局规划航迹；

步骤2)、根据各PH曲线航迹来判断各UAV之间是否会发生碰撞及碰撞点，求出碰撞点位置后，根据UAV速度大小，计算碰撞时间；

步骤3)、若存在碰撞，则对UAV进行速度大小和方向的改变，对单个UAV可能与多个UAV发生碰撞的情况，采用速度障碍方法计算出各UAV的相对避碰区域作局部避碰规划；

步骤4)、以相对避碰区域的开始点作为局部规划航迹的起点，采用伪谱法生成局部规划航迹，将UAV引入局部规划航迹；

步骤5)、判断局部规划航迹是否已到达局部避碰规划的终点，若是，则UVA转入全局规划航迹，生成全局在线航迹。

2.根据权利要求1所述的一种多无人飞行器协调避碰导引规划方法，其特征在于所述步骤1)中动态性能约束包含以下约束条件：

条件1：UAV飞行路径上的z坐标不能超过最大爬升高度；

条件2：UAV飞行路径上的速度方向与水平面的夹角不能超过最大爬升角；

条件3：UAV飞行路径上的曲率绝对值不能大于最大曲率；

条件4：UAV飞行路径上的挠率绝对值不能大于最大挠率。

3.根据权利要求1所述的一种多无人飞行器协调避碰导引规划方法，其特征在于所述步骤3)中在作局部避碰规划时包含以下步骤：

步骤3.1)、给出各UAV与其它UAV的所有平均避碰区域，根据各平均避碰区域给出避碰交集区域，UAV的新速度方向在此区域中选择；

步骤3.2)、根据各UAV的优先级对避碰的权重系数进行调整，优先级较高的UAV承担较少的避碰任务，所述权重系数根据各预测避碰点处的可能碰撞时间、偏离原航线的程度、偏离目标点的距离进行加权。

4.根据权利要求1所述的一种多无人飞行器协调避碰导引规划方法，其特征在于所述步骤4)包含以下步骤：

步骤4.1)以偏离原航迹最小为性能指标，将包含UAV的运动学微分方程、路径约束、速度大小及方向改变的状态变量和控制变量在一系列LGL点上离散化，并以离散点为节点构造全局Lagrange插值多项式来逼近状态变量和控制变量；

步骤4.2)、通过对插值多项式求导近似状态变量对时间的导数，将微分动态约束转化为代数约束，性能指标中的积分项由Gauss积分计算，将连续时间最优控制问题转化为具有一系列代数约束的非线性规划问题；

步骤4.3)、通过相应的非线性规划求解器得到数值最优解；

步骤4.4)、以预估碰撞点为中心、以UAV间的安全飞行距离为2δ，其中δ为方差，设置符合高斯分布的碰撞检测点，将其作为局部避碰路径规划约束，加入到伪谱法求解避碰航迹中。