[发明专利]多目标点同时到达约束下的集群四维轨迹规划设计方法

权利要求书

1.一种多目标点同时到达约束下的集群四维轨迹规划设计方法，是基于以下几点假设完成的：

①、所有无人机从各自起始点位置飞向目标点位置的飞行轨迹是直线；

②、每组目标点群的目标点数和无人机数量一致；

③、所有目标点的位置都是固定的，其位置坐标不随时间变化而变化；

④、无人机在不同段航迹的速度大小是突变的，即不考虑无人机变速的过渡时间；

⑤、将无人机看作质点模型；

其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤1：任务分配优化

用传统的匈牙利算法来完成任务分配的优化；具体如下：

S11、将无人机出发点和目标点的距离关系矩阵进行行规约和列规约的线性变换；

S12、找出变换后的距离矩阵的独立0元素，统计独立0元素的个数；

S13、划最少的线覆盖所有的独立0元素；

S14、根据独立0元素的个数进行试指派，得到有与无人机数量一致的独立0元素的优化矩阵，独立0元素的行列编号便是优化后的任务分配结果；

步骤2：安全轨迹规划

首先通过定义两架无人机的防撞危险关系和无人机航迹上的危险区段，提出无人机防撞危险区边界点的方法；之后结合最小分离距离法提出基于贪心思想的集群防撞方法来实现无人机的速度分配；所述集群防撞方法的输入是无人机飞行参考速度、无人机相撞的危险阈值距离、及各无人机飞行轨迹的起止点坐标，输出的是各无人机在各自飞行轨迹上的速度分配结果；

输入给定的时刻，结合集群防撞方法输出的速度分配结果，即可规划出无人机四维轨迹上的安全期望航路点；

所述的无人机防撞危险区边界点的方法，能够实现两架无人机危险关系的判断和危险区边界点位置的确定，具体步骤如下：

Step1计算两架无人机的轨迹直线方向向量和参考速度向量；

Step2计算出两架无人机轨迹线间的空间最短距离及相应轨迹上的最短点位置；

Step3进行危险关系判断

若两架无人机间存在危险关系，则进行Step4；

若两架无人机间不存在危险关系，不存在危险区，算法结束；

Step4进行危险区临界点验证计算

验证计算若两架无人机各自轨迹上靠近起点方向的任意点之间的距离等于危险阈值距离，且各自轨迹上靠近终点方向的任意点之间的距离等于危险阈值距离，则直接将此时各自轨迹上选取的任意点位置输出为危险区临界点位置；

若两架无人机各自轨迹上靠近起点方向的任意点之间的距离小于危险阈值距离，或各自轨迹上靠近终点方向的任意点之间的距离小于危险阈值距离，则执行Step5；

Step5更新危险区临界点位置

根据输入的迭代时间步长和无人机参考速度向量来更新危险区临界点位置，位置更新一步后，执行Step4；

所述的集群防撞算法，具体步骤如下：

Step1计算各架无人机航迹长度；

Step2对各架无人机航迹长度按从长到短进行排序；

Step3设定参考无人机速度并对算法参数进行初始化；

Step4判断无人机i与无人机j的危险关系；

Step5对无人机i进行速度分配；

Step6更新无人机i编号等参数，对下一架无人机进行速度分配，最终输出速度及相应速度飞行时间分配结果。

2.根据权利要求1所述的多目标点同时到达约束下的集群四维轨迹规划设计方法，其特征在于：进一步包括：步骤3：轨迹修正设计；

所述的修正设计主要分为两步，第一步是先将未修正的期望航路点作为指令信号输入进无人机系统中，根据测得的无人机实际的响应位置来计算无人机的跟踪延时误差，并估算出无人机系统的近似延迟时间常数；第二步是根据延迟时间常数对规划好的轨迹航路点进行相应的时间超前修正，使得无人机系统的跟踪延时误差降低。