[发明专利]一种多无人机分布式协同编队规避动态障碍的方法

说明书

本发明提供了一种多无人机分布式协同编队规避动态障碍方法，利用分布式控制方法，通过最优化探测并集区域，解决部分协同规避动态障碍物问题，本发明采用了无人机集群自适应自主决策机制，使得协同避障最优化，并尽可能使集群损失最小，综合效益最大化。

【技术领域】

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多无人机的协同编队规避动态障碍的方法。

【背景技术】

多无人机协同编队执行复杂危险任务是未来发展必然趋势，对于多无人机协同编队，首先要进行信息感知，并对多源信息进行融合；其次对各种任务进行分配和决策；进而对每架无人机进行航迹规划生成期望轨迹；然后利用编队控制方法实现多机编队飞行任务；在编队控制设计过程中需重点考虑组网通信问题；最后，搭建模拟多无人机协同编队飞行虚拟仿真平台和实物演示平台，验证算法可行性和有效性。而在此过程中，势必会遇到障碍物阻碍多机协同飞行，这种障碍物可能是静态、也可能是动态的。在无人机领域，对于静态障碍物的处理已有诸多方法，然而对于动态障碍物的处理至今仍存在诸多问题。

无人机集群避障主要涉及传感器感知和路径规划。无人机安全航行的前提是基于传感器实时感知周围的环境信息，即检测、识别和跟踪威胁无人机飞行的障碍物。路径规划就是在环境感知信息基础上，结合无人机执行任务需求，设计一种多层避障模型，使无人机集群在飞行过程中安全可靠地避开遇到的静态与动态障碍物，提高自身的生存与作业能力。

因此，有必要研究一种多无人机的协同编队规避动态障碍的方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种多无人机的协同编队规避动态障碍的方法，采用了无人机集群自适应自主决策机制，使得协同避障最优化，并尽可能使集群损失最小，综合效益最大化。

一方面，本发明提供一种多无人机的协同编队规避动态障碍的方法，所述方法具体包括以下步骤：

S1：获取无人机集群的初步局部位姿和初步全局位姿；

S2：对全局位姿进行纠正和优化；

S3：通过优化后的全局位姿和无人机的里程计，获取无人机自移动距离和障碍距离；

S4：通过GPS定位系统，计算出每架无人机与邻近友机之间实际距离，与预先设定相对距离作差比较，得到误差值；

S5：对S4中误差值进行回环比较，获取有效误差值；

S6：以S3中自移动距离和障碍距离以及S5中有效误差值，作为建图的源数据，得到含障碍物的集群拓扑概略图；

S7：S6中的集群拓扑概略图随着时间推移，不断发生变化的过程中，通过闭环反馈判断是否运行到最后一帧，将最后一帧集群拓扑概略图送到上位机进行集群拓扑概略图精确细化处理并进行避障。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S1具体为：通过惯导信息和GPS分别获取无人机集群的初步局部位姿和初步全局位姿。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2具体包括：

S21：结合时间序列上的点云的匹配优化所获得的空间位姿变换，对全局位姿进行纠正；

S22：纠正后的全局位姿通过集群无线通信，在有效通信范围内，将位姿信息传输到邻近的个体无人机，代入个体无人机的微处理器，通过软件编写位姿迭代最优算法，得到优化的全局位姿。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S3中自移动距离为无人机在两个不同时刻所在位置的移动距离，障碍距离为无人机在两个不同时刻与可探测到的移动障碍物之间的距离。