[发明专利]基于领航-跟随式三角形编队的多四旋翼对峙跟踪目标制导律

权利要求书

1.一种基于领航-跟随式三角形编队的多四旋翼对峙跟踪目标制导律，其特征在于：包括以下步骤：

(1)结合领航者四旋翼的实时位置和搭载的光电侦察平台所探测到的目标实时位置与速度信息，利用修正的Lyapunov导航向量场算法，构建领航者的期望速度信息，具体如下：

其中，分别为领航者在惯性坐标系下沿x轴、y轴的期望速度分量；g_x、g_y分别为地面目标静止时领航者在惯性坐标系下沿x轴、y轴的期望速度分量；分别为地面目标在惯性坐标系下沿x轴、y轴的速度分量；v₀为领航者的巡航飞行速度，范围为1～3m/s，R₀为待设计的对峙跟踪半径；为领航者与地面目标之间的几何距离；x_r、y_r为惯性坐标系下领航者与地面目标沿x轴、沿y轴的相对位置分量；x₀、y₀为惯性坐标系下领航者沿x轴、沿y轴的位置分量；x_t、y_t为惯性坐标系下地面目标沿x轴、沿y轴的位置分量；α为导航场修正因子，并且满足如下等式(3)：

(2)将步骤(1)中设计的领航者期望速度通过一阶积分器得到领航者的期望位置，随后将其送入领航者自驾仪动态获取领航者的实时位置信息，同时将领航者实时位置反馈至步骤(1)中修正的Lyapunov导航向量场，由积分器得到的领航者期望位置如下：

其中，x_d、y_d为领航者在惯性坐标系下沿x轴、沿y轴的期望位置分量，t为积分变量，t_p为领航者跟踪目标耗时；

在此基础上，所述步骤(2)中由领航者自驾仪动态获得的领航者实时位置通过以下方式得到：

其中，x₀、y₀为惯性坐标系下领航者沿x轴、沿y轴的位置分量，T为自驾仪的时间常数，s为拉普拉斯算子；

(3)利用代数图论知识，设计多四旋翼通讯拓扑和编队样式，具体如下：四旋翼编队采用领航-跟随式结构，定义领航者是一个编号为0的节点，每一个跟随者依次被编号为1、2、3；a₁₂＝a₂₁＞0表示跟随者1和跟随者2相连，a₂₃＝a₃₂＞0表示跟随者2和跟随者3相连，a₁₃＝a₃₁＝0表示跟随者1和跟随者3不相连；b₁＞0表示跟随者1可以直接获取领航者信息，b₂＝0，b₃＝0表示跟随者2和跟随者3无法直接获取领航者信息；

定义领航者为多四旋翼三角形编队样式的几何中心，即编队样式坐标原点，i∈Γ＝{1，2，3}，j∈Γ＝{1，2，3}且i≠j，根据期望的编队几何形状，设计跟随者i和跟随者j相对于领航者的位置矢量Δ_i＝[Δ_i,x,Δ_i,y,Δ_i,z]^T和Δ_j＝[Δ_j,x,Δ_j,y,Δ_j,z]^T，跟随者i和跟随者j间的相对位置偏差可由Δ_ij＝Δ_i-Δ_j＝[Δ_i,x,Δ_i,y,Δ_i,z]^T-[Δ_j,x,Δ_j,y,Δ_j,z]^T＝[Δ_ij,x,Δ_ij,y,Δ_ij,z]^T描述；

(4)针对步骤(1)获得的领航者期望速度和步骤(2)提供的领航者期望位置信息以及步骤(3)定义的多四旋翼通讯拓扑和编队样式，构造适用于地面目标对峙跟踪、基于二阶一致性的领航-跟随式协同编队控制器，具体如下：

根据多四旋翼编队通讯拓扑和编队样式，基于步骤(1)和步骤(2)提供的领航者期望位置和速度信息，结合多智能体二阶一致性原理，构造如下领航-跟随式协同编队控制器：

其中，u_i,x、u_i,y、u_i,z为跟随者四旋翼质点模型的控制输入，k₁、k₂表示待设计的控制器参数，x_i、y_i、z_i分别为跟随者i在惯性坐标系下沿x轴、y轴、z轴的位置分量，z_d为领航者在惯性坐标系下沿z轴的期望位置分量，v_i,x、v_i,y、v_i,z为跟随者i在惯性坐标系下沿x轴、y轴、z轴的速度分量；为领航者在惯性坐标系下沿x轴、y轴、z轴的加速度分量。