[发明专利]一种防止机间碰撞的固定翼无人机编队的控制方法

说明书

本发明涉及一种防止机间碰撞的固定翼无人机编队的控制方法，采用一致性理论作为基础，同时结合斥力场、对位算法等，实现防止机间碰撞的固定翼无人机编队任务。具体包括以下步骤：1、获得无人机的位置信息和所需形成队形的相对位置信息；2、通过对位算法求解每架无人机在所需形成新队形中的位置；3、以一致性理论为基础，引入斥力场，设计无人机编队的速度指令信号；4、建立六自由度固定翼无人机模型并设计无人机编队控制律。本发明以六自由度固定翼无人机模型为基础设计编队控制律，相比现有大部分质点模型编队算法更加贴近工程实际；同时设计了斥力场、对位算法，从而有效解决了编队中的机间碰撞问题。

技术领域

本发明属于无人机编队控制技术领域，具体的说，涉及固定翼无人机防止机间碰撞的编队控制方法。

背景技术

自从无人机在1991年的海湾战争中得到成功运用以来，经过几十年的发展，无人机技术已相对成熟，并在各个领域中发挥了其独特的作用。尽管如此，单架无人机执行任务时仍存在问题。为了尽可能地发挥单架无人机的作用，实现多无人机协同编队飞行的控制、决策和管理，从而提高无人机完成任务的效率，拓宽无人机使用范围，达到安全、高可靠性地执行各种任务的目的，无人机编队方案应运而生。由于编队控制理论在多智能体领域的应用逐步成熟和其在军事、民用领域的广大应用前景，无人机的编队控制也成为了近年来的热点。在编队控制发展迅猛的今天，科研人员进行了许多基于多智能体的编队控制理论研究，取得了长足的进步。然而，现有大量的编队研究均是基于简单二阶系统或可以进行定点悬停的旋翼飞行器，而对于可以实际应用在固定翼飞行器编队控制的算法研究上，仍有很大空间，还有很多问题仍需解决。

一致性理论作为编队算法中比较成熟的算法，有其独特的优势。它能通过无人机之间的信息传递，将自己和其他无人机的相对位置进行融合解算，最终达到形成无人机编队的目的。近年来，科研人员对一致性理论的研究方向有考虑时间延迟问题、有限时间收敛问题等，取得很多成绩。然而，一致性理论仍存在一些不足之处，比如单纯运用一致性理论不能避免碰撞问题、对于固定翼飞行器编队应用困难问题等。因此，防止机间碰撞的固定翼无人机编队控制的研究具有重要的现实意义。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有基于多智能体编队算法和六自由度固定翼无人机控制难结合的问题，本发明提出一种防止机间碰撞的固定翼无人机编队的控制方法。

技术方案

一种防止机间碰撞的固定翼无人机编队的控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：通过GPS或者其他手段，获得各架无人机的三维位置信息；设计编队队形，获得队形中各个位置相对于虚拟领航者的相对距离信息；

步骤2：通过对位算法和步骤1中获得的数据，解算出每架无人机所对应的新队形中的位置：

2a：以所有无人机的几何中心为原点，X、Y、Z轴分别以倍翼展为轴向最小区间，将空间网格化，并对每一个网格进行三维坐标编号，三维网格坐标均是整数；

2b：将各个无人机在地面系下的坐标映射到网格空间中，获得各个无人机对应三维网格坐标系下的坐标：

(X_i,Y_i,Z_i)→(X_wi,Y_wi,Z_wi)i＝1,2,...,n (1)

其中(X_i,Y_i,Z_i)表示第i架无人机在地面坐标系下的坐标，(X_wi,Y_wi,Z_wi)表示第i架无人机在网格坐标系下对应的坐标；

2c：将新队形中的各个位置相对于虚拟领航者的期望相对距离向量转换到网格坐标系下：