[發明專利]基于組合向量場法的無人機集群自主避障方法及裝置

有效

• 申請號: 202110705077.9
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113433969B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 趙彥杰;梁月乾;袁莞邁;隋維舜
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司電子科學研究院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 羅丹

本發明公開了一種基于組合向量場法的無人機集群自主避障方法及裝置。基于組合向量場法的無人機集群自主避障方法，包括：獲取無人機當前位置與障礙物中心的連線，與障礙物表面最近的一個交點；確定障礙物表面在交點處的切平面，并計算切平面的法向量和所述切平面內經過所述交點的一個切向量；基于法向量和切向量，為無人機設計當前制導律，以使得無人機在朝向目標飛行的前提下避開障礙物。本發明針對無人機集群在三維空間中可能遇到的多種形狀的障礙物，給出了統一形式的、解析形式的自主避障制導律，能很方便地對多種形狀的障礙物進行規避。

技術領域

本發明涉及信息技術領域，尤其涉及一種基于組合向量場法的無人機集群自主避障方法及裝置。

背景技術

在現實集群任務中，無人機面臨的威脅包括地形(山峰、山脈等)、雷達、火力(高射炮、制導導彈等)等。地形可被視為靜態障礙物，而雷達和火力則是靜態或動態的障礙物。另外，對集群中每個成員，其附近的其它成員對其安全飛行也構成威脅，因此，這些成員也可以被視為動態障礙物。

相關技術中，無人機集群的避障技術只能處理三維空間中特定形狀(如球體、正方體等)的障礙物，無法對多種形狀的三維障礙物進行統一處理。

發明內容

本發明實施例提供一種基于組合向量場法的無人機集群自主避障方法及裝置，用以解決現有技術中的無人機集群的避障技術只能處理三維空間中特定形狀(如球體、正方體等)的障礙物，無法對多種形狀的三維障礙物進行統一處理問題。

根據本發明實施例的基于組合向量場法的無人機集群自主避障方法，包括：

獲取無人機當前位置與障礙物中心的連線，與障礙物表面最近的一個交點；

確定所述障礙物表面在所述交點處的切平面，并計算所述切平面的法向量和所述切平面內經過所述交點的一個切向量；

基于所述法向量和所述切向量，為所述無人機設計當前制導律，以使得所述無人機在朝向目標飛行的前提下避開所述障礙物。

根據本發明的一些實施例，所述障礙物的形狀包括球體、圓柱體、圓錐體、平行六面體、和圓臺。

根據本發明的一些實施例，所述獲取無人機當前位置與障礙物中心的連線，與障礙物表面最近的一個交點，包括：

用公式1表示所述障礙物：

其中，(x,y,z)^T表示空間中任一位置，q₀＝(x₀,y₀,z₀)^T表示所述障礙物中心，a_i、p_i(i＝1,2,3)均為實數，且當p₁＝p₂＝p₃＝1、a₁＝a₂＝a₃時，所述障礙物為球體；當p₁＝p₂＝1、p₃＞1、a₁＝a₂時，所述障礙物為圓柱體；當p₁＝p₂＝1、0＜p₃＜1、a₁＝a₂時，所述障礙物為圓錐體；當p₁,p₂,p₃＞1時，所述障礙物為平行六面體；當p₁＝p₂＝1、p₃＞1、R₁＞R₂＞0時，所述障礙物為圓臺。

根據本發明的一些實施例，所述計算所述切平面的法向量和所述切平面內經過所述交點的一個切向量，包括：

根據公式2計算所述切平面的法向量：