[發明專利]無線紫外光協作無人機編隊保持的航跡計算方法

在審

• 申請號: 202110864160.0
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113485436A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 趙太飛;梁浩;艾晨宇;孫玉歆;王瑋;蘇芊芊;張雯
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

1.無線紫外光協作無人機編隊保持的航跡計算方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：無人機編隊首先集結形成編隊，然后由每架無人機上安裝的紫外光MIMO裝置開始掃描，建立無線紫外光虛擬標尺，虛擬標尺將每架無人機的飛行范圍劃分為6個范圍，6個范圍為預警區、通信區、識別區、測距區1、測距區2以及測距區3，采用分時隙方式接收信號得以進一步避免不同區域信號間會存在的干擾問題，這6個范圍中預警區為最小安全飛行距離，如果無人機之間的飛行距離在預警區范圍內，則無人機之間將有極大可能發生碰撞，通信區為無人機的通信范圍，識別區為無人機之間進行敵我識別的區域，測距區3主要用于判斷飛行空域有無障礙物便于無人機編隊規劃飛行路線，測距區1與測距區2主要用于在測距區3的掃描的基礎上對飛行過程中會出現的突發物體進行掃描，使得蜂群無人機能夠安全避開，規劃最優飛行路線；

步驟2：在蜂群無人機中確立一架領航者無人機,其余無人機均為跟隨者無人機；在蜂群無人機編隊中，領航者無人機居于編隊頭部，其余無人機在領航者無人機的帶領下形成隊形，并且自身的飛行姿態與領航者無人機保持一致；

步驟3：在步驟2無人機編隊已經能在領航者的引領下保持編隊的穩定，為了是整個編隊能夠在障礙區穩定安全并且各架無人機能夠最小幅度調整自身的飛行姿態，在無人機編隊中引入人工勢場做以輔助為式(3)所示：

式(3)中，F_x(t)為第x架無人機在t時刻與障礙物之間的斥力，n表示障礙物個數，k為人工勢場的斥力增益系數，U_x(t)表示t時刻無人機x的位置，O_i表示第i個障礙物的位置信息；

結合式(2)與式(3)可得最終含有人工勢場的蜂群無人機編隊控制算法如式(4)所示：

式(4)中α為斥力系數，其值是任意常數，F_i(t)為第x架無人機在t時刻與障礙物之間的斥力，其余參數均與式(2)中相同；當蜂群無人機處于障礙區時，通過虛擬標尺探測到障礙物后，跟隨者無人機會隨著領航者無人機進行飛行姿態變化，以保證無人機隊形能夠保持穩定不變，并且單架無人機避障時也能平滑飛過障礙物，整個無人機隊形穩定且跟隨者隨著領航者的變化進行姿態調整，最終根據式(4)算法使得蜂群無人機編隊安全穿過障礙區。

2.根據權利要求1所述的無線紫外光協作無人機編隊保持的航跡計算方法，其特征在于，所述步驟2的具體的算法設計如下：

式(2)中，u_i為無人機狀態信息，a_ij表示為i、j兩個節點的權值，a_ij的值為大于0的正整數，此時表示兩架無人機間存在信息交互，x_i與x_j分別表示該時刻無人機i與j的狀態信息，b_i表示領航者無人機傳遞給跟隨者無人機的權值，x_l與v_l表示領航者無人機的狀態信息，γ為任意大于0的正整數；根據上式，當t→∞時，則有|x_i-x_j|→∞，|v_i-v_j|→∞，即整個無人機編隊實現最終的一致性，結合步驟1中所建立的虛擬標尺提升編隊隊形形成后的穩定性與機間安全性。