[发明专利]一种多无人机编队飞行避障控制策略制定方法

说明书

本发明公开了一种多无人机编队飞行避障控制策略制定方法，包括如下步骤：引入斥力场函数，通过斥力场函数的大小来决策无人机相遇之后的运动速度和方向，确定相遇的无人机数量、无人机相遇方向、次序及各无人机之间的相对位置；针对两机、三机和多机相遇的各种情况分别制定无人机避障控制策略。本发明改进后的斥力场函数，引入了触发条件的无人机与目标点之间的相对距离，保证了无人机在触发避障条件后还能准确的朝目标点飞去，从而保证了不影响其它无人机的航线，引起再次触发条件。双机、三机及多机避障策略工程实践中简单可行。

技术领域

本发明属于无人机航路规划技术领域，具体涉及一种多无人机编队飞行避障控制策略，解决动态环境下的无人机编队避障以及避障后路径重规划问题。

背景技术

动态环境下的无人机编队避障以及避障后路径重规划是集群技术领域的一个热点和难点，运动情况下的无人机之间的碰撞会造成很大的损失，因此实时避障算法对于编队飞行的无人机来说尤其重要。不同于离线避障提前得知障碍物坐标并提前进行路径规划，实时避障对避障策略尤为考验。目前颇受欢迎的算法有人工势场法、切线图法、栅格法、神经网络法等。这些先进的算法理论上可行，但由于过于繁琐很难用于工程实践中。

发明内容

发明目的

多无人机依靠无线通讯编队协同工作可以弥补单机性能的种种不足，但多机在执行任务过程中如果没有进行有效的协调、沟通，将不能发挥出多机的潜能甚至发生碰撞情况，造成严重的经济损失。本发明提供了一种解决动态环境下的无人机编队避障以及避障后路径重规划的策略，保证在多机编队执行任务中，实现机内实时避障，提升编队飞行安全性及任务成功率。

发明技术解决方案

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种多无人机编队飞行避障控制策略制定方法，包括如下步骤：

步骤1：引入斥力场函数U_rep(q)，通过斥力场函数U_rep(q)的大小来决策无人机相遇之后的运动速度和方向，斥力场函数U_rep(q)如式(1)：

上述公式中，η(η0)为斥力势场比例因子，用以调整斥力势能场；ρ(q)是当两架无人机飞行过程中的最近距离；(X-X_goal)是触发条件的无人机与目标点之间的相对距离；n为相对距离影响因子；ρ₀是触发阈值条件的最小安全距离。

在触发条件范围内，斥力场越大，无人机离开触发区的响应速度和运动速度越快；

步骤2：确定相遇的无人机数量、无人机相遇方向、次序及各无人机之间的相对位置；

步骤3：制定无人机避障控制策略。

优选的，当双机在水平方向上相遇时，采用沿直径圆切线方向运动的避障策略，即当无人机触发安全阈值条件Lρ₀时，以两架无人机的当前位置为直径生成一个圆，两架无人机分别朝向当前点的切线方向运动，方向相反，直到不再触发安全阈值条件，无人机按照自己的飞行轨迹运动；ρ₀是触发阈值条件的最小安全距离，L是两机水平方向距离。

优选的，当双机在高度方向上相遇时，即当无人机触发安全阈值条件Lρ₀时，采用高度较低的无人机原地等待，高度高的沿着无人机轨迹飞去，当触发条件解除时等待的无人机往目标点的飞行轨迹飞去的策略。