[发明专利]一种跟踪机动目标的无人机控制方法

说明书

本发明提供了一种跟踪机动目标的无人机控制方法及系统，该方法包括：获取运动信息，所述运动信息包括位置信息和速度信息；获得多旋翼无人机的滚转角指令；对多旋翼无人机的飞行姿态进行控制，该方法还包括设立虚拟目标，通过多旋翼无人机对虚拟目标的追踪完成对追踪目标的跟踪。本发明采用改进的参考点法，还利用设立虚拟目标的方法对多旋翼机的飞行姿态进行控制，使得在跟踪目标时，多旋翼机能够收敛到期望航迹上，本发明可实现多旋翼机绕目标顺时针和逆时针方向飞行，从任意初始位置及初始飞行方向快速收敛到期望航迹上。

技术领域

本发明属于目标跟踪技术领域，具体涉及一种跟踪机动目标的无人机控制方法及系统。

背景技术

由于飞行器如无人机在飞行过程中所处的环境是不断变化的，飞行器的实际飞行轨迹与标准轨迹产生偏差。跟踪制导问题，就是通过设计跟踪制导律，使得无人机的运动轨迹尽量收敛到固定的标准轨迹上。

跟踪制导律的设计方法有很多，其中应用较广泛的是基于传统的PID等线性控制技术的跟踪制导方法，基于线性二次型调节器理论(LQR)，也可实现对标准轨迹较好的跟踪。PID控制的方法在当标准轨迹为水平直线时，线性轨迹跟踪方法能够实现对标准轨迹的跟踪，但是当标准轨迹为复杂的曲线时，会有相当大的跟踪误差；采用LQR方法设计跟踪控制律，需要先在标准轨迹附近进行线性化，再根据位置误差设计制导律,但是当位置误差较大时，这种线性化方法会使跟踪误差变大；参考点法(RPG,Reference Point Guidance)最早用于无人机对固定航路的跟踪制导，该方法具有响应速度快，易于实现等优点，但没有考虑目标的运动参数；基于Lyapunov向量场的Standoff跟踪指导法(LVFG)实现较为简单，但无人机与目标相对距离收敛速度较慢；模型预测控制策略(MPC,Model-based PredictiveControl)有较好的跟踪效果，但需要很长的计算时间。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种跟踪机动目标的无人机控制方法及系统，该方法包括：获取运动信息，所述运动信息包括位置信息和速度信息；获得多旋翼无人机的滚转角指令；对多旋翼无人机的飞行姿态进行控制，该方法还包括设立虚拟目标，通过多旋翼无人机对设立的虚拟目标航线轨迹追踪以完成对实际目标的跟踪。本发明在改进的参考点法基础上，利用设立虚拟目标的方法对多旋翼机的飞行姿态进行控制，使得在跟踪目标时，多旋翼机能够快速稳定收敛到期望航迹上，本发明可实现多旋翼机绕目标顺时针和逆时针方向飞行，从任意初始位置及初始飞行方向快速收敛到期望航迹上，从而完成本发明。

本发明的目的一方面在于提供一种跟踪机动目标的无人机控制方法，该方法包括以下步骤：

获取运动信息，所述运动信息包括位置信息和速度信息；

获得多旋翼无人机的滚转角指令；

对多旋翼无人机的飞行姿态进行控制。

所述运动信息包括多旋翼无人机的位置信息和速度信息以及实际目标的位置信息和速度信息。

获得多旋翼无人机与目标的位置信息和速度信息后，通过解算得到多旋翼无人机与参考点之间的距离L、多旋翼无人机速度V与正北方向夹角ψ，目标速度T与正北方向夹角ψ_t，多旋翼无人机与目标的相对速度V_r，以及相对速度V_r与L的夹角η_r。

相对速度V_r＝V-T，相对速度V_r为无人机速度V与目标速度T的矢量差。

所述方法还包括设立虚拟目标，设置虚拟目标的速度V_a以及虚拟目标与无人机的距离R，

优选地，所述虚拟目标的速度与多旋翼无人机速度变化的函数关系如式(1)所示：