[發明專利]一種基于長機行為預測的僚機編隊控制系統及方法

在審

• 申請號: 202011515067.0
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112596546A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 梁鎮;高洪波;張兆海;韓俊;王慶東
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍預警學院雷達士官學校
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 成都朗鏡專利代理事務所(特殊普通合伙) 51319
• 代理人: 黃麗

本發明公開一種基于長機行為預測的僚機編隊控制系統及方法，該系統包括長機以及多個僚機，所述長機包括長機飛行控制器、長機機載慣性導航模塊、長機數據傳送模塊，所述僚機包括僚機飛行控制器、僚機機載慣性導航模塊、僚機數據傳送模塊。所述僚機編隊控制方法為僚機跟蹤長機的過程中，以長機的預期路徑進行控制僚機姿態。僚機不僅利用長機的當前位置信息，還融合了長機期望位置信息，對僚機的飛行和編隊進行控制，其編隊擬合度高，尤其加入了速度與位置距離的PID算法，使得本發明僚機編隊控制系統的僚機編隊隊形能夠保持良好，與長機的動作一致性高，僚機與長機動作的延滯性小。

技術領域

本發明涉及無人機編隊飛行控制技術領域，尤其具體涉及一種基于長機行為預測的僚機編隊控制系統及方法。

背景技術

隨著無人機技術的高速發展，有人/無人機的編隊協同作戰將是無人機作戰領域的技術研究熱點。

目前有關無人機編隊的發明大多針對多旋翼無人機，且主要集中在表演領域。而針對于固定翼無人機的編隊控制方法，主要還是在仿真或者半實物仿真上。固定翼無人機編隊的實際飛行效果不成熟，仍在探索研究階段。

現有的無人機編隊控制方法大多都是僚機根據長機(或者虛擬長機)的當前位置、當前速度、當前姿態等信息進行編隊控制。但是由于無人機高速運動的特性，這種控制在長機不停的變換姿態或加(減)速運動時，不能得到較好的穩定編隊。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于長機行為預測的僚機編隊控制系統，該系統的僚機不僅利用長機的當前位置信息，還融合了長機期望位置信息，對僚機的飛行和編隊進行控制，其編隊擬合度高，尤其加入了速度與位置距離的PID算法，使得本發明僚機編隊控制系統的僚機編隊隊形能夠保持良好，與長機的動作一致性高，僚機與長機動作的延滯性小。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于長機行為預測的僚機編隊控制系統，包括長機以及多個僚機，所述長機包括長機飛行控制器、長機機載慣性導航模塊、長機數據傳送模塊，所述僚機包括僚機飛行控制器、僚機機載慣性導航模塊、僚機數據傳送模塊；所述長機機載慣性導航模塊將長機姿態、長機姿態變化速率、長機速度矢量、長機加速度矢量、長機位置信息實時發送給長機飛行控制器；長機飛行控制器按照當前飛行任務和當前長機機載慣性導航模塊的實時數據控制長機速度、長機加速度、長機姿態期望值，并控制長機向長機姿態期望值靠近，并實時計算出長機預期路徑，將該長機預期路徑信息通過長機數據傳送模塊發送給所述僚機數據傳送模塊，僚機數據傳送模塊將長機預期路徑信息發送給僚機飛行控制器；所述對應僚機機載慣性導航模塊將相應的僚機姿態、僚機姿態變化速率、僚機速度矢量、僚機加速度矢量、僚機位置信息實時發送給對應的僚機飛行控制器；僚機飛行控制器根據長機預期路徑信息、編隊隊形信息、以及該僚機姿態、僚機速度計算出該僚機期望位置、僚機期望速度和僚機期望姿態，并根據計算出的該僚機期望位置、僚機期望速度和僚機期望姿態控制僚機進行編隊飛行。

優選地，所述編隊隊形信息為各自僚機應在長機的前、后、左、右、上、下或空間位置的組合信息。

優選地，所述僚機飛行控制器控制僚機向長機預期路徑飛行的過程中采用PID算法以僚機與長機之間的距離為變量才控制僚機飛行速度。

優選地，所述僚機跟蹤長機的過程中，以長機的預期路徑進行控制僚機姿態。

優選地，所述長機的預期路徑根據長機當前的姿態、速度、受空氣動力、預設航線、飛行指令綜合計算得出。

優選地，所述長機預期位置和長機當前位置的連線與長機當前速度矢量的夾角β＝C/2R,其中C為長機從當前位置到預期位置的飛行軌跡弧長，R為長機從當前位置到預期位置的轉彎半徑。

本發明還提供一種基于長機行為預測的僚機編隊控制方法，其包括：

長機飛行控制流程：