[發(fā)明專利]一種基于任務交換的無人機編隊控制方法

有效

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• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN111077900B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設計）人: 胡勁文;趙春暉;侯曉磊;潘泉;徐釗;程雪梅;劉慧霞;祝小平
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉艷霞

本發(fā)明公開了一種基于任務交換的無人機編隊控制方法，為無人機系統(tǒng)中的每架無人機分配最終目標位置和優(yōu)先級；確定飛行最終目標位置：在每架無人機飛行時，當其通訊范圍內(nèi)具有其它無人機時，采用無人機最終目標位置交換方法選擇其通訊范圍內(nèi)的最優(yōu)相鄰無人機進行最終目標位置交換；執(zhí)行飛行動作，重復所述確定飛行最終目標和執(zhí)行飛行動作步驟，直至無人機系統(tǒng)達到理想編隊；本申請通過確定飛行最終目標位置步驟，可以實現(xiàn)無人機系統(tǒng)快速收斂到理想隊形且避免單個無人機與相鄰無人機在飛行中發(fā)生碰撞，通過執(zhí)行飛行動作步驟，可以避免無人機飛行過程中錯過最終目標位置，實現(xiàn)無人機系統(tǒng)無碰撞收斂。

【技術領域】

本發(fā)明屬于無人機控制技術領域，尤其涉及一種基于任務交換的無人機編隊控制方法。

【背景技術】

近年來，由于多無人機系統(tǒng)的編隊控制在搜救和營救任務、物流運輸?shù)阮I域具有廣泛的潛在應用價值，其逐漸被重視起來。編隊控制領域的研究課題涉及范圍很廣，其中包括編隊的保持/調(diào)整、避障、分布式路徑規(guī)劃、協(xié)作信息的處理等。在大范圍的多無人機系統(tǒng)中，一個最基本的無人機編隊控制問題是如何實現(xiàn)無人機群在無碰撞的前提下收斂到理想的編隊。

目前，在一些現(xiàn)有方法中，可以實現(xiàn)無人機的理想編隊，也可以實現(xiàn)在無人機向理想編隊進行收斂時的避撞問題，但是一般均是在無人機隊伍中選擇一架作為指揮機，進行整個無人機系統(tǒng)的指揮，避免在無人機系統(tǒng)向理想隊形收斂時產(chǎn)生碰撞，因此，指揮機要獲取所有無人機的狀態(tài)信息，并且進行統(tǒng)一規(guī)劃，但是，在實際情況中，無人機系統(tǒng)中的無人機通信范圍小，難以覆蓋整個無人機系統(tǒng)，這就會使得個別無人機接收不到指揮機的控制信號，難以實現(xiàn)理想編隊或避免避撞。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種基于任務交換的無人機編隊控制方法及裝置，以實現(xiàn)無人機系統(tǒng)快速向理想編隊收斂，并避免收斂時發(fā)生碰撞。

本發(fā)明采用以下技術方案：一種基于任務交換的無人機編隊控制方法，包括：

為無人機系統(tǒng)中的每架無人機分配最終目標位置和優(yōu)先級；

確定飛行最終目標位置：在每架無人機飛行時，當其通訊范圍內(nèi)具有其它無人機時，采用無人機最終目標位置交換方法選擇其通訊范圍內(nèi)的最優(yōu)相鄰無人機進行最終目標位置交換；

執(zhí)行飛行動作：進行最終目標位置交換后的無人機向新的最終目標位置飛行時，每個時間段的飛行距離為υ_i,k＝λ_i,k(φ_i,k-p_i,k)，其中，υ_i,k為無人機i在時間k時的實際飛行距離，0≤λ_i,k≤1，λ_i,k為無人機i在時間k時的步長控制因子，φ_i,k為無人機i在時間k時的最終目標位置，p_i,k為無人機i在時間k時的當前位置；

重復確定飛行最終目標和執(zhí)行飛行動作步驟，直至無人機系統(tǒng)達到理想編隊。

進一步地，步長控制因子其中，Γ(a,b)(a＞0,b＞0)為飽和函數(shù)，Z_i,k＝μU，Z_i,k為無人機i單次控制循環(huán)內(nèi)移動的步長，U為無人機i單次控制循環(huán)內(nèi)的最大飛行距離，0＜μ≤1，μ為步長尺度因子。

進一步地，確定飛行最終目標位置具體包括：

獲取當前無人機的當前位置、最終目標位置和優(yōu)先級；

向無人機群組發(fā)出廣播信息，并接收無人機群組中其他無人機發(fā)出的廣播信息；其中，廣播信息包括當前位置、最終目標位置和優(yōu)先級；

當當前無人機滿足第一預設條件時，生成阻礙無人機集；其中，第一預設條件為：最終目標位置與當前位置的距離大于最終目標位置的吸引域半徑、且可能阻礙無人機集不為空集，