[发明专利]多旋翼无人机变尺度协同监视编队飞行控制方法

说明书

本发明公开了一种多旋翼无人机变尺度协同监视编队飞行控制方法，利用多个无人机探测视场的协同来扩大监视的覆盖范围，在高分辨率观测的同时实现大视场。通过多无人机编队视场始终自动衔接来可靠覆盖机动目标，以可变分辨率和可缩放的观测尺度实现对快速机动目标的广域探测、可靠详查和监视跟踪，提高了多机协同跟踪监视的操控效率。

技术领域

本发明涉及无人机飞行控制技术领域，特别是一种多旋翼无人机变尺度协同监视编队飞行控制方法。

背景技术

采用低成本小型无人机对目标进行跟踪监视，在军事和安全领域具有广泛的应用需求。跟踪监视非合作目标的任务中，既需要较高的分辨率来详查识别目标，又需要较大的视场以覆盖目标可能的机动范围。然而，对低成本小型无人机而言，由于载荷重量和性能的限制，常用探测手段，如可见光、红外等，存在载荷的分辨率与视场大小的矛盾。较大的探测视场，意味着远离目标和低分辨率；而较高的分辨率，意味着需要抵近目标和较小的探测视场范围。远距离低分辨率探测时无法区分和确认目标，而近距离高分辨率探测时由于视场限制目标容易机动逃脱。对非合作高机动目标的高分辨率监视和可靠跟踪，必须寻求有效方法解决分辨率和视场范围的矛盾。

对于协同监视多无人机编队系统，在执行远距离搜索、抵近高分辨率详查、以及视场和分辨率缩放等任务过程中，需要根据单个无人机视场范围的变化，动态调整各无人机的位置和姿态关系，进行有效的时变构形编队控制，始终保证各无人机视场衔接。已知的无人机编队飞行控制方法，包括多输入多输出法、领航/跟随法、虚拟结构法、行为控制法、一致性方法等，给出了集群飞行协调控制的一些一般框架，但并没有提出针对多旋翼无人机编队协同监视应用的具体编队控制方法，即在视场和分辨率尺度缩放、旋转等变化过程中如何调整相对位置和姿态保证多无人机视场始终有效衔接的飞行控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种多旋翼无人机变尺度协同监视编队飞行控制方法，满足变尺度协同监视中视场衔接、最大覆盖范围、可变尺度协同探测跟踪等对多旋翼无人机编队的飞行控制要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多旋翼无人机变尺度协同监视编队飞行控制方法，包括以下步骤：

一种多旋翼无人机变尺度协同监视编队飞行控制方法，包括以下步骤：

1)定义地面固定坐标系oxyz：以地面参考点为原点o，正东方向为x轴，正北方向为y轴，竖直向上为z轴；无人机机体坐标系o_bx_by_bz_b：以无人机质心为原点o_b，x_b轴指向机头方向，z_b轴在机体纵平面内垂直于x_b轴指向上，y_b轴与x_b轴和z_b轴构成右手系；

2)设委托无人机编队无人机总数为n个，第1个无人机定义为长机(即i＝1)，则第i个无人机在长机体坐标系xoy平面的无因次化坐标位置为(G_xi,G_yi)，其中G_xi和G_yi为整数，其绝对值表示编队构形中第i个无人机与长机在x和y方向分别有|G_xi|和|G_yi|个单位距离，各无人机的无因次坐标位置的集合{(G_x1,G_y1),(G_x2,G_y2),…,(G_xn,G_yn)}即表示变尺度协同监视无人机编队的构形，其中G_x1＝0，G_y1＝0；i＝1,2,…,n；