[發明專利]一種基于負比例導引的無人機自動避撞方法

有效

• 申請號: 201710018062.9
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106647810B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 蓋文東;張寧;張婧;張桂林;黃梁松
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01C21/20;G08G5/04
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

本發明提供了一種基于負比例導引的無人機自動避撞方法，屬于無人機飛行控制技術領域。通過基于無人機與侵入機相對幾何關系的碰撞檢測，基于負比例導引的無人機避撞指令生成與飛行控制，無人機自動避撞完成時間估計，檢測是否達到無人機避撞完成時間，無人機正常飛行等步驟完成無人機自動避撞，本發明利用負比例導引所需過載小的特點，采用負比例導引律引導無人機進行自動避撞飛行，并通過迭代法求解避撞模型方程，以估計避撞完成時間，適用于多種初始航向角條件和速度條件。

技術領域

本發明屬于無人機飛行控制技術領域，具體涉及一種基于負比例導引的無人機自動避撞方法。

背景技術

隨著空中無人機不斷增多，如何防止無人機與有人機之間以及無人機相互之間發生碰撞，已到了刻不容緩的地步。在伊拉克和阿富汗戰場，由于無人機環境感知與規避能力缺乏、安全性能較弱，無人機活動頻繁，嚴重干擾了有人機的正常飛行，致使操作人員無法及時判明周圍空域的情況，只能按照任務程序操作。因此，有人機飛行員執行任務時需要時常留意闖入自己航線的無人機，以避免相撞。自動避撞技術已成為當前無人機研究的熱點。

在無人機避撞方面的研究，核心思路如下：首先通過避撞檢測方法檢測可能發生的碰撞，然后采取合適的避撞方法，在一定的性能指標和約束下進行避撞飛行。但是現有的基于比例導引的無人機自動避撞方法在兩無人機初始航向角偏差值較小時，完成避撞需要較大的過載甚至超過無人機的過載約束導致無法完成避撞，另外現有的自動避撞方法難以準確估計自動避撞完成時間。

發明內容

針對現有的無人機自動避撞方法在兩無人機初始航向角偏差值較小時，完成避撞需要較大的過載甚至超過無人機的過載約束導致無法完成避撞，以及現有的自動避撞方法難以準確估計自動避撞完成時間的問題，本發明提供了一種基于負比例導引的無人機自動避撞方法。

本發明采用以下的技術方案：

一種基于負比例導引的無人機自動避撞方法，包括以下步驟：

步驟1：基于避撞機與侵入機相對幾何關系的碰撞檢測；初始狀態下避撞機處于正常飛行模式，沿預定的正常飛行軌跡飛往目標點，利用機載傳感器獲得避撞機和侵入機的飛行狀態信息，飛行狀態信息包括避撞機初始位置(x₀,y₀)、飛行速度V和航向角ψ(t)，侵入機的位置(x_OB,y_OB)、速度V_OB和航向角ψ_OB，根據飛行狀態信息得出兩無人機的相對距離R_T(t)為：

兩無人機相對速度V_rel(t)為：

V_rel(t)＝Vcos(ψ_rel-ψ(t))+V_OBcos(π+ψ_OB-ψ_rel(t)) (2)；

其中，ψ_rel(t)為兩無人機相對速度方位角

視線角λ(t)為：

相對速度方位角和視線角的差值ε(t)為：

ε(t)＝|λ(t)-ψ_rel(t)| (5)；

給定安全距離R_S后可求取碰撞錐的半頂角θ(t)為：

碰撞錐下邊界角μ(t)為：

μ(t)＝λ(t)-θ(t)(7)；