[发明专利]一种无人机编队队形变换与在线动态避障方法

权利要求书

1.一种无人机编队队形变换与在线动态避障方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、通过人工势场算法计算出无人机斥力场、斥力及无人机受到的合力；

步骤二、对步骤一种的人工势场算法计算进行改进；

步骤三、结合改进的人工势场算法计算，提出了一种基于Kernel方法的期望路径平滑策略用于解决无人机在避障过程中频繁进出障碍物膨胀区域，造成存在期望路径折线过多、拐点角度大的问题；

步骤四、设计机间避障算法，用于实现无人机相互之间的避让；

其中，所述步骤一具体包括：

定义无人机的位置为q，则无人机在q点的引力场函数U_att(q)和引力F_att(q)分别满足以下公式：

式中，λ表示引力增益，ρ_α(q)表示q点到目标a之间的距离；

无人机在q点的斥力场和斥力为：

η为斥力增益，ρ₀为障碍物的最大影响半径，

ρ_r(q)为q点到障碍物r的距离；

无人机所受到的合力F为：

F＝F_att+F_rep

F_att为目标对无人机的引力，F_rep为障碍物对无人机的斥力，定义障碍物对无人机的斥力和目标点对无人机的引力分别为对应斥力场和引力场的负梯度，则q点受到目标点的引力F_att(q)和障碍物的斥力F_rep(q)分别为该点引力势函数和斥力势函数的负梯度，

假设同时具有N个障碍物对无人机影响是，根据叠加原理，无人机的合力F为：

式中为第i个障碍物产生的斥力。

2.根据权利要求1所述的一种无人机编队队形变换与在线动态避障方法，其特征在于，当判断出无人机在某点引力大小不为零，并且无人机所受到的总合力为零：则可以判断此时无人机陷入局部最优解中，假设存在一个等效的障碍物，该障碍物产生的斥力和无人机受到的斥力大小方向均相同，此时无人机、等效障碍物、目标必然同线；等效障碍物的具体位置由人工势场法反推出，规定无人机跳出局部最优的飞行方向为无人机位置与障碍物膨胀区圆的切线方向，左右任取。

3.根据权利要求1所述的一种无人机编队队形变换与在线动态避障方法，其特征在于，当由于引力和斥力的大小不成比例，此时的引力场函数为：

式中，代表无人机无目标之间的距离阈值，ξ为斥力系数，

相对应的引力计算方法为：

4.根据权利要求1所述的一种无人机编队队形变换与在线动态避障方法，其特征在于，当目标点处于不可达情况，在人工势场法的基础上叠加无人机和目标点距离的n次幂，则新的斥力场函数计算方法为：

5.根据权利要求1所述的一种无人机编队队形变换与在线动态避障方法，其特征在于，为了增加平滑的效果，定义y^*(i)为平滑后的数据，带宽为h，S(t)表示加权函数，窗口长度为n，y(j)表示窗口内的第j个数据，则在t时刻拟合值的计算方法为：

式中加权函数S_j(t)的计算方法：

式中tj表示当前时刻的时间，kern(x)就是Kernel函数，是Kernel平滑的核心。