[发明专利]一种基于路径跟踪的圆形编队起飞方法

说明书

本发明属于无人机编队领域，尤其是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，获取圆轨迹下参数值λ的最优区间；步骤3)依据步骤2的参数λ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。本发明提出了参数条件的自动化计算的公式，在实际的应用中的无人机控制器可以通过公式直接得到参数值，并且使得无人机编队起飞后能处于一个较近的位置。

技术领域

本发明属于无人机编队领域，尤其是一种基于路径跟踪的圆形编队起飞方法。

背景技术

随着电子、计算机、人工智能等学科的高速发展，无人机技术在21世纪迎来了前所未有的高速成长期。现在无人机逐渐从20世纪的军用领域扩展到了民用领域，航拍、植保、交通等多个领域都看见了无人机的身影。众所周知，单个无人机完成任务有限，多个无人机飞行执行任务，比单个无人机而言，有着高效率、高可靠性、减低成本等优势。目前众多学者对无人机编队的飞行理论研究颇多，并取得了丰硕的成果，大大推进了无人机编队控制的发展。

众多文献研究了无人机飞行跟随算法，如：Carrot chasing algorithm,LQR pathalgorithm,Vector field based path following,Nonliner guidance law等算法。现今的研究中为了追求更好的灵活性和适应性，都是融合上述方法的优点一起使用。

Tabatabaei等人设计了一种参数跟踪算法。集合了胡萝卜跟踪几何算法、模糊逻辑优化算法，提出了一种三维路径跟踪算法。

Nelson等人提出了一种小型飞行器精确跟踪路径的方法。该方法基于矢量场的概念，针对直线路径、圆弧和轨道，建立了矢量场跟踪控制律。将矢量场用于产生所需的航向输入到内环姿态控制律中。

Osborne等人提出了一种自主无人机航路点制导算法。该算法考虑到飞行过程中由于扰动(即风)引起的非线性效应，通过一系列航路点和交叉航迹误差的控制，引导飞机沿着指定的航路飞行。

在实际飞行中，固定翼无人机起飞所需要的跑道过长，许多无人机飞行场地只有单个飞行跑道。这使得固定翼无人机编队起飞的时间变长，这样如何才能在有限的时间形成编队队形。由于场地问题以及人为操作问题，固定无人机的起飞只能为一架一架分别起飞，且间隔时间不等，这样编队的第一架无人机以及最后一架相距距离较远。因而这样的无人机编队在起飞后有重构慢的问题。

发明内容

本发明的目的在于就提供一种解决上述固定翼无人机编队起飞的时间长、各架无人机起飞间隔不相等、无人机编队在起飞后有重构慢、队形形成过程不可观测的问题的方案。

本发明提供的技术方案如下：一种基于路径跟踪的圆形编队起飞方法，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；

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(UAV)来联合描述，则整个的编队数学模型可以表示为：