[发明专利]一种基于路径跟踪的圆形编队起飞方法

权利要求书

1.一种基于路径跟踪的圆形编队起飞方法，其特征是：至少包含以下步骤：

步骤1)给出固定翼无人机的运动方程，建立无人机编队数学模型；

步骤2)给定一个圆形轨迹，获取圆形轨迹下参数λ的最优区间；

步骤3)依据步骤2)的参数λ的最优区间，采用自动参数萝卜追逐算法分别求得单个无人机的控制量，分布式控制迫使无人机编队进入圆形轨迹开始编队队形；

所述的步骤1)建立无人机编队数学模型是通过将固定翼无人机的运动方程离散化近似为：

取无人机i在k时刻的状态变量与控制变量为：X_i(k)＝[x_i(k) y_i(k) h_i(k) V(k) γ_i(k) χ_i(k)和U_i(k)＝[a_i(k) γ'_i(k) χ'_i(k)]，此时无人机的运动方程即为：

X_i(k+1)＝f_i(X_i(k),U_i(k))

编队行为由每架无人机来联合描述，则整个的编队数学模型可以表示为：

其中，x(k)，y(k)，h(k)分别表示为k时刻下无人机质心位置在地面坐标系中的投影坐标；

V(k)，γ(k)，χ(k)分别表示为k时刻下无人机的速度、航迹方位角和航迹倾斜角；

a(k)，γ'(k)，χ'(k)分别表示为k时刻下无人机的加速度、航迹倾斜角速度和航迹方位角速度；

dt为采样周期；N为编队的无人机数量；

X_i(k),U_i(k)分别表示为无人机i在k时刻下状态变量与控制变量；

分别表示为无人机编队在k时刻下状态变量与控制变量；

所述步骤2)包括：

步骤2.1)以起飞点为原点，确定圆型轨迹的参数；由下列公式求得：

其中，X_o，Y_o，R_o分别为圆心在地面坐标系上的XY轴投影和圆的半径；V_e，a_e为无人机编队的期望速度和期望加速度；

步骤2.2)所述自动参数萝卜追逐算法的优化参数λ的最优区间，由下列公式自动求解得出：

其中，V_e为无人机编队的期望速度；R_o为给定圆形轨迹的半径；r％为飞行轨迹与设定轨迹的差距误差；

所述步骤3)包括：

步骤3.1)通过步骤2)中所述的圆形轨迹以及无人机位置p，求得无人机在圆形轨迹上的投影点q；

步骤3.2)投影点q结合步骤2)中所述的参数λ的最优区间中随机值，求得偏移采样点s，所述偏移采样点s是在圆形轨迹上与所述投影点q偏移角度为λ的点；

步骤3.3)求得无人机速度方向与无人机到偏移采样点s的夹角ang；

步骤3.4)如下式，通过ang求得无人机下一刻的控制量u_i(k+1)

u_i(k+1)＝[0,χ'(k+1),0]

步骤3.5)将控制量u_i(k+1))应用于无人机下一步控制；

其中，ang为无人机速度与无人机到偏移采样点s的夹角；χ'_max为无人机最大航迹方位角速度；u_i(k+1)为无人机下一刻的控制量。