[发明专利]一种基于人工势场的无人机编队防撞方法

说明书

本发明公开了一种基于人工势场的无人机编队防撞方法，具体包括如下步骤：步骤一、人工势场模型，人工势场分为防撞区域和碰撞区域，当另一架无人机进入防撞区域时人工势场开始计算相应的人工力，当另一架无人机进入碰撞区域认为无人机发生碰撞；步骤二、计算无人机间相对距离，相对角度：步骤三、计算人工力，对于进入防撞区域的无人机执行防撞方案。本发明改善现有基于人工势场防撞方案，通过计算无人机间相对投影，实现了只有速度前向有无人机时启动防撞步骤，减小了人工势场触发次数，利用无人机间相对俯仰角，实现防撞指令分配，不再单一选择高度防撞或者航向角防撞，进一步提高了防撞效果。

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种基于人工势场的无人机编队防撞方法。

背景技术

无人机编队飞行，旨在将一定数量的无人机按一定队形排列，在飞行途中保持队形不变。无人机机间防撞是无人机编队安全飞行的前提，在无人机集结以及队形变化的过程中无人机位置的不确定性导致无人机存在相互碰撞风险，现有的机间防撞主要通过路径规划、人工势场法、几何法实现，对于大规模无人机编队，事先进行路径规划存在较大困难且缺乏灵活性，几何法与人工势场法可以在线实现，但几何法所需计算量较大，因此人工势场更广泛的应用于大规模无人机编队中，现有的基于人工势场的无人机间防撞方法主要分为高度方向以及水平方向防撞，防撞效果不理想。

结合现有技术成果本申请提出了一种基于人工势场的无人机防撞方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于人工势场的无人机编队防撞方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种基于人工势场的无人机编队防撞方法，具体包括如下步骤：

步骤一、构建人工势场模型，人工势场分为防撞区域和碰撞区域，当另一架无人机进入防撞区域时人工势场开始计算相应的人工力，当另一架无人机进入碰撞区域认为无人机发生碰撞；

步骤二、计算无人机间相对距离，相对角度：

其中x_i,y_i,z_i为无人机i在惯性坐标系下的坐标，v_x,v_y,v_z为无人机i在惯性坐标系下的速度，dxyz为无人机间相对距离矩阵，yaw为无人机间相对俯仰角矩阵，表示无人机i与无人机j的相对俯仰角，projection为无人机j在无人机i速度方向的投影矩阵；

步骤三、计算人工力，对于进入防撞区域的无人机执行以下计算步骤：

S1：计算yaw每一行的和记作yaw_sum(i)；

S2：判断每架无人机的位置信息是否满足条件 (dxyz(i,j)＜r_d)(projection(i,j)＜0)do；

S3：对于满足条件的无人机，使用相应的人工势场函数计算人工力 U_x(i),U_y(i),U_z(i)；

S4：对满足第二步条件的无人机判断是否满足如下条件：yaw_sum(i)≥π/4 满足条件的无人机输出控制指令u_z(i)＝sum(U_z)、不满足条件的输出控制指令 u_xy(i)＝atan(sum(U_y)/sum(U_x))；

上述算法输入为无人机间相对距离dxyz、相对俯仰角dxyz、投影值 projection；输出u_z(i)为第i架无人机在竖直方向的过载指令，输出u_xy(i)为第i 架无人机在水平方向的航向角指令。