[發明專利]一種基于鴿子被動式避障飛行的無人機避障導引方法

有效

• 申請號: 201710546082.3
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107272736B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 段海濱;邱華鑫;羅琪楠;吳江
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于鴿子被動式避障飛行的無人機避障導引方法，其特征在于：該方法的實現步驟如下：

步驟一：初始化

隨機生成無人機在初始時刻的二維空間位置(X,Y)、飛行速度V、航向角ψ；隨機生成二維空間內的n個圓形障礙，每個障礙的圓心坐標為(x_i,y_i)，半徑均為r，其中i＝1,2,...,n為障礙的編號；設定仿真時間t＝1；

步驟二：感知并檢測障礙

將無人機視為具有視場角限制θ_lim和感知距離限制R_lim的鴿子，其中0°＜θ_lim≤180°，R_lim＞0；鴿子可檢測到位于有效感知區域內的障礙，鴿子的有效感知區域為一個扇形，該扇形的頂點為(X,Y)，半徑為R_lim，圓心角為2θ_lim，頂點到弧線中點的方向與ψ一致；即當無人機與障礙i的距離R_i小于等于R_lim，且障礙i到無人機的連線與無人機航向間的夾角小于θ_lim時，無人機可檢測到障礙i，其中

步驟三：制定避障策略

鴿子主要根據檢測到的障礙間的縫隙制定避障策略；鴿子檢測到的障礙間的縫隙可視為由無人機與障礙i間的距離R_i以及無人機航向角ψ與障礙角坐標θ_i間的差異來描述的量，鴿子的避障策略可視為下式所描述的無人機針對障礙i的避障角α_i：

其中

步驟四：航向導引

為保證飛行安全，鴿子會將自身的飛行方向對準最大縫隙；鴿子對準的最大縫隙角坐標可視為下式所描述的無人機期望航向角θ_aim：

θ_aim＝∑(θ_i+α_i) (2)

步驟五：航向控制

無人機航向控制器可描述為：

其中航向誤差θ_e＝ψ-θ_aim，τ為視覺感知傳感器時延，K_P、K_I和K_D分別為無人機航向比例控制增益、積分控制增益以及微分控制增益，K_S為慣性穩定控制增益；

步驟六：更新飛行狀態

由航向角變化率更新無人機航向角ψ，并由下式更新無人機二維空間位置：

步驟七：判斷是否結束仿真

仿真時間t＝t+1；若t大于最大仿真運行時間T_max，則仿真結束并繪制無人機避障飛行軌跡；否則，返回步驟二。