[发明专利]一种固定翼无人机密集编队飞行与防撞控制方法

说明书

本发明提供一种固定翼无人机密集编队飞行与防撞控制方法，包括：基于视觉定位获得编队中各无人机的相对导航定位信息，并利用获得的相对导航定位信息构造出编队构形保持控制量和机间避碰控制量；基于定焦单目视觉相机对编队进行障碍测距及规避，得到避障控制量；基于编队中各无人机的相对导航定位信息确定编队整体路径跟踪控制量；融合编队构形保持控制量和机间避碰控制量、避障控制量、以及无人机编队整体路径跟踪控制量，实现无人机编队的密集编队飞行与防撞控制。本发明通过融合编队构形保持控制量和机间避碰控制量、避障控制量、以及无人机编队整体路径跟踪控制量，能够实现无人机编队的密集编队飞行与防撞控制。

技术领域

本发明涉及飞行控制技术领域，具体而言，涉及一种固定翼无人机密集编队飞行与防撞控制方法。

背景技术

传统集中式控制方式下，进行大规模集群编队飞行时，由于单机的通信/感知范围、容量和计算能力受限，不能实现任意两个单机间直接通信/感知，无法及时进行全局交互，整个集群的协调控制问题规模庞大，而且系统的可靠性和可伸缩性也难以得到保证。

编队飞行避障时，传统的解决方法是通过路径规划来规避障碍，对于小规模编队以及障碍预知和固定的情况，可以通过该种方式实现对障碍的躲避。但对于大规模编队飞行和动态未知障碍的情况，通过路径规划来规避障碍会使其问题规模巨大，实时求解十分困难。同时，编队中邻机间的相互避碰往往以可靠的导航信息为基础，例如—全球卫星定位系统和北斗系统。虽然该类导航设备已经在很大程度上可以满足实际应用，但仍存在受控于军方、容易受地形和电磁环境干扰等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种固定翼无人机密集编队飞行与防撞控制方法，以解决上述技术问题。

本发明提供的一种固定翼无人机密集编队飞行与防撞控制方法，包括如下步骤：

步骤1，基于视觉定位获得无人机编队中各无人机的相对导航定位信息，并利用获得的相对导航定位信息构造出编队构形保持控制量和机间避碰控制量；

步骤2，基于定焦单目视觉相机对无人机编队进行障碍测距及规避，得到避障控制量；

步骤3，基于无人机编队中各无人机的相对导航定位信息确定无人机编队整体路径跟踪控制量；

步骤4，融合步骤1获得的编队构形保持控制量和机间避碰控制量、步骤2获得的避障控制量、以及步骤3获得的无人机编队整体路径跟踪控制量，实现无人机编队的密集编队飞行与防撞控制。

进一步的，步骤1包括如下子步骤：

步骤11，对编队中的每架无人机进行图像标记，得到每架无人机的标记图像；

步骤12，采用机载视觉传感器获取指定无人机的标记图像，对获取的标记图像进行数字图像处理及特征点提取，得到指定无人机在标记图像上的特征点坐标；

步骤13，基于指定无人机在标记图像上的特征点坐标，由计算机解算各指定无人机间的相对导航定位信息；

步骤14，根据各指定无人机间的相对导航定位信息构造出编队构形保持控制量和机间避碰控制量。

进一步的，步骤14的具体过程包括：

步骤141，各无人机利用自身和与邻居无人机进行信息交互获得的局部拓扑连接信息，以能量法构建整个编队的网络拓扑图景；

步骤142，在满足无人机编队拓扑结构的切换条件下，根据各指定无人机间的相对导航定位信息，在网络拓扑图景的离散空间进行拓扑连接调度和切换控制，以保证无人机编队的拓扑结构一直维持优良特性；