[发明专利]一种基于行为的无人机编队队形保持的方法

说明书

技术领域

本方法涉及无人机协同编队控制领域，尤其涉及一种基于行为的无人机编队队形保持的方法。

技术背景

人们根据在生物界观察到的动物合作现象，把它应用到无人机的编队队形控制中，在许多的类似的智能体领域里，都需要智能体在运动和工作的过程中保持固定的队形，这在对于军事的任务完成上更是非常重要的。

无人机协同编队控制是一个具有通用性和典型性的多无人机协调的问题，它是多无人机协调问题的基础。目前已经出现了多无人机组成的无人机编队，可以完成的任务有侦查，围剿，抗敌，巡逻等等，在执行任务中无人机之间的协调是非常重要的。总而言之多无人机的编队队形控制是一项很有价值的研究，应用前景也十分广泛。

多架无人机组成的编队为了完成某一任务，在编队飞行时需要进行队形保持和队形变换，实现在有障碍物的环境中达到目的地。在编队开始行进时需要完成某种队形的形成；在没有障碍物的环境中需要保持队形，在有障碍物存在的环境中需要变换队形进行避障；最终达到指定目的地。

在多无人机编队的控制飞行中，无人机之间需要彼此的通信交流来获知并交换每架无人机各自的位置信息。无人机之间的通信主要分为显式和隐式通信两种。采用隐式通讯的多无人机编队系统依靠的是无人机自身的传感器来实现所需要的其他无人机信息的获取，进而实现无人机之间的通信协作。采用显式通讯的多无人机编队系统依靠的是某种介质通过一种共同拥有的规定来实现信息之间的传递。比如无人机之间可以采用无线通信的技术，即利用TCP/IP协议进行无人机之间的信息交互传递，但是通讯的带宽限制使得无人机在信息的传递过程中容易出现问题瓶颈。

隐式通讯或者是显式通讯都有各自的系统本身自带的问题。由于这个原因可能导致所交换的信息无故的丢失或者存在延迟的问题，这样就会对通讯的效果有影响，甚至造成通讯系统的不稳定问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种基于行为的无人机编队队形保持的方法。

本发明的基于行为的无人机编队队形保持的方法，包括如下步骤：

1)初始化无人机的位置和速度；

2)设计队形中无人机的位置，确定队形中的一架无人机为参考无人机；其它无人机与参考无人机保持固定的距离和角度，并且所有无人机获得与队形中其它无人机的距离和角度信息；

3)无人机按预期队形实施奔向目标行为并实时判断各无人机与障碍物的间距；所述的障碍物是指无人机航线上的障碍物；

当无人机编队中的任意无人机与障碍物的间距小于设定的安全距离时，无人机编队躲避障碍物并防止机间碰撞；否则无人机保持队形向目标位置前进并实时判断自身和障碍物的间距，避障阶段结束；

4)实时判断无人机编队的预期队形是否被打乱，当队形被打乱时，确定一架正常工作的无人机为参考无人机，其它无人机按预设的与该无人机的距离和角度恢复队形；否则无人机编队保持队形行进至目标点，结束。

优选的，所述的奔向目标行为是指无人机编队从当前位置运动到期望位置的行为，即该行为使无人机编队得到一个指向期望位置的输出向量，从而使无人机完成向指定的期望位置的运动；

所述的避障行为是指无人机编队避免与障碍物发生碰撞的行为；

所述的队形保持行为是指当无人机编队知道自己所成队形之后，任意无人机在编队中与其它无人机的相互位置也就确定了，无人机按其与参考无人机的相互位置保持队形。

优选的，在编队飞行的过程中，无人机检测自己在编队队伍中的位置，当发现位置与预设位置不一致时，即认为编队队形被打乱；

确定自身位置的方法为同时运动领航参照点法和邻居参照点法，

1)领航参照点法：首先在编队中指派一架无人机作为参考无人机，其余的无人机的位置则以参考无人机的位置作为参照来确定自身在编队中的预期位置；参考无人机不需要考虑如何的稳定编队的队形，而其他的无人机需要每时每刻的保持好确定的队形；

2)邻居参照点法：在多无人机的编队中，每一架无人机选择与自己在队形中最近的无人机的位置来作为参照点，然后依据邻居无人机的位置来确定自身在队形中的位置。

本方法提供的技术方案的有益效果是：