[發明專利]一種基于QUATRE算法的多無人機同時起飛集結方法

在審

• 申請號: 202011263476.6
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112363532A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 劉宏娟;賀若飛;胡凱強;李彥;田雪濤;馬麗娜
• 申請（專利權）人: 西安愛生技術集團公司;西北工業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明涉及一種基于QUATRE算法的多無人機同時起飛集結方法，采用模型預測控制模式結合長僚機模式實現無人機編隊的飛行控制方法，將單架無人機在等待航線上起飛集結方法擴展成為多架無人機同時起飛集結方法。本發明采用多無人機同時起飛分組集結方式，該方法提高了起飛集結的速度，減少了無人機編隊集結的時間和能耗。改進的QUATRE算法提高了算法的求解速度性能，為無人機編隊實時性提供保障。

技術領域

本發明涉及無人機編隊控制領域，特別是涉及一種基于QUATRE算法的多無人機同時起飛集結方法。

背景技術

隨著無人機編隊技術的飛速發展，多無人機編隊執行任務成為目前無人機應用的主流。然而，在實際環境下，無人機編隊在執行特定任務時，所必須要做的事是從起飛場地起飛集結。現在無人機編隊的起飛方式基本屬于一架或者兩架無人機同時起飛并且直線飛行，直到編隊中所有無人機全部起飛后，執行集結功能，將無人機編隊集結到一個動態的區域。

文獻《艦載無人機編隊控制技術研究》和設計出了一種分時轉彎田徑圓的等待航線完成無人機編隊起飛集結。上述論文存在每次起飛單個無人機，整個編隊全部起飛的時間較長。

文獻《Round Tracking and Improved Differential Evolution Solution forRapid Prototyping of UAV Formation》設計了一種基于圓形軌跡的快速起飛集結算法。該算法將飛機集結的航線由直線形轉變為圓形，縮小了無人機編隊的集結時間。但是每次起飛單架無人機，仍然存在著起飛耗時較長的問題。

上述兩篇文獻都采用等待航線縮小單次起飛導致無人機間的距離，但是由于編隊無人機數量較多，起飛方式又是單架起飛，這兩種方法所消耗的時間和編隊能源較多。在當下的應用中需要一種多無人機同時起飛的快速集結方法，該方法可以減少編隊執行任務前在起飛集結上的時間消耗以及能源消耗。

發明內容

本發明解決的技術問題是：本發明的目的在于提供一種求解速度快、多無人機同時起飛的編隊集結方法。

本發明的技術方案是：一種基于QUATRE算法的多無人機同時起飛集結方法，包括如下步驟：

步驟1，依據下述公式建立無人機數學模型，獲取無人機的運動方程。

假設固定翼無人機的飛行過程中無側滑及高度變化，速度由加速度和航跡方位角及航跡傾斜角控制，考慮在地面坐標系下無人機質心的運動方程，運用歐拉積分法對固定翼無人機的運動方程離散近似為：

式中,γ,χ分別為加速度、航跡方位角和航跡傾斜角；x,y,h分別為飛機質心位置在地面坐標系中的投影坐標；a,γ′,x′分別為加速度，航跡傾斜角速度和航跡方位角速度,dt 為采樣周期；

取無人機i在k時刻的狀態變量與控制變量為:X_i(k)＝[x_i(k) y_i(k) h_i(k)V(k)γ_i(k) _xi(k)]和U_i(k)＝[a_i(k)χ′_i(k)γ′_i(k)],此時無人機的運動方程即為：

X_i(k+1)＝f(X_i(k)，U_i(k)) (2)

步驟2:無人機小組組長起飛，無人機編隊以起飛場地的跑道數為除數分成多個小組，使每個小組包含不大于跑道數的無人機數目；每個無人機小組分配一個組長，編隊隊長跟蹤預設的圓形軌道，隊長采用軌跡跟蹤算法，逐漸向預設軌道移動并且最終跟隨軌道；