[发明专利]一种多无人机分布式编队控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无人机编队控制领域，具体涉及一种多无人机分布式编队控 制方法。

背景技术

在目标搜救，农业值保，安防监测等众多应用中，单个无人机在效率和 续航时间上难以满足大范围作业的需求，通过多个无人机进行编队作业至关 重要。通过有效的无人机的编队控制策略，可以有效解决无人机大面积作业 应用场景中的诸多问题。

针对单架无人机的缺点，近些年提出了编队飞行控制的概念并取得了一 定得研究成果主要包括：队形设计，气动耦合、队形动态调整、航迹协调规 划、移动自组织网络以及编队飞行控制方法等。编队控制方法通常包括基于 行为方式的编队控制、“长机-僚机”方式的编队控制和虚拟结构方式编队控制。

中国发明专利(CN102591358A)公开一种多无人机的动态编队控制方 法，属于飞行控制技术领域，包括步骤一：队形保持方法；步骤二：避障方 法；步骤三：基于行为的编队过程，其中基于行为的编队过程分别为行为分 解与控制实现。该专利引入了基于行为的编队控制方法，降低了对编队无线 数据链更新率的要求，增强了无人机群编队的避障能力；同时引入了虚拟结 构作为参考。

目前无人机编队控制的方法大多以获取无人机全局坐标的方式进行编队 控制。考虑到在GPS无法使用的地区，无法获得每个无人机在全局坐标系下 的位置信息，这样的控制方法便会失效。在无人机编队控制研究中，无论是 集中式还是分布式控制方法都依赖于无人机之间的数据通信。集中式的控制 方法往往需要建立覆盖所有节点的星形通信网络；而采用分布式控制方法中 同样需要建立网状的通信链路来实现节点之间数据交互。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多无人机分布式编队 控制方法，通过让每个无人机主动测量邻居无人机相对于自身惯性坐标系下 的相对位置，从而控制自身的运动来达到编队。

本发明为解决技术问题采取如下技术方案：

一种多无人机分布式编队控制方法，包括如下步骤：

1)在预设区域内部署n架无人机，n为n≥3的整数；所述的无人机能够 主动获取邻居无人机在自身惯性坐标系下的相对位置信息；

2)第1架无人机和第2架无人机分别主动获取对方在自身惯性坐标系下 的相对位置信息，通过分布式控制算法计算第1架无人机和第2架无人机的 期望速度，进行速度控制从而使第1架无人机和第2架无人机保持给定的距 离；

3)按编号对第3～n架无人机进行编队控制，第i架无人机主动获取第i-1 架无人机和第i-2架无人机在自身惯性坐标系下的相对位置信息，通过分布式 控制算法计算第i架无人机的期望速度，进行速度控制从而使第i架无人机对 第i-1架无人机和第i-2架无人机之间保持给定的距离，系统达到稳定时形成 三角形链状编队。

上述技术方案不依赖于全局参考坐标系，利用测量在无人机自身惯性坐 标系下与邻居一个或多个无人机的相对位置，从而实现无人机编队控制的方 法。通过让每个无人机主动测量邻居无人机相对于自身惯性坐标系下的相对 位置，从而控制自身的运动来达到编队。这种方法不需要多个无人机之间建 立可靠的通信链路，减少了编队控制方法对于通信链路质量的依赖和被通信 网络被攻击的可能性，并且仅仅依靠相对位置信息来进行分布式编队控制， 从实际考虑更易于实现。

作为优选，所述的无人机内置激光扫描仪，激光扫描仪能够获取邻居无 人机在自身惯性坐标系下的相对位置信息，所述的相对位置信息为相对距离 和相对角度。

作为进一步优选，所述的无人机按照控制周期0.05～0.15s，将所述的相对 距离和相对角度通过极坐标转换成向量。

作为优选，所述的预设区域为水平面。

作为进一步优选，所述的无人机在水平面内满足如下运动模型：

x_i′＝u_i,i＝1,2,…,n；

其中n为n≥3的整数，x_i为无人机在水平面内的位置向量，x_i′为无人机 在水平面内的位置向量的导数，u_i为无人机在水平面内运动的速度向量。

作为优选，所述的步骤2)中计算第1架无人机和第2架无人机的期望速 度的方法：