[發明專利]基于異構隊形基準點無人機集群拓撲控制與智能防撞方法

有效

• 申請號: 202210709158.0
• 申請日: 2022-06-22
• 公開（公告）號: CN114779828B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 席在杰;秦萌;周睿;趙政寧;曾勇;余炎
• 申請（專利權）人: 四川騰盾科技有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉世權

1.一種基于異構隊形基準點無人機集群拓撲控制與智能防撞方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、異構無人機節點之間通過交互網絡維護消息，獲取周圍異構節點的位置、速度、航向、安全半徑信息，通過軌跡預測算法，預測周圍節點和本節點下一時刻的位置軌跡；

S2、根據預測的位置軌跡，采用基于碰撞危險因子與軌跡預測的速度自適應調整防撞算法，完成異構無人機之間的智能防撞處理；

S3、在智能防撞處理的基礎上，通過構建改進型動態勢場及基于異構隊形基準點的編隊保持虛擬勢場，采用異構無人機集群編隊基于改進型動態強化勢場的一致性群拓撲控制算法，完成異構無人機之間的編隊隊形控制；

所述步驟S3的具體步驟為：

S31、針對異構無人機采用不同的虛擬勢場函數進行匹配處理，使勢場向量根據異構無人機距離障礙物的位置和速度信息而相應變化，得到改進型勢場向量為：

上式中，為改進型勢場向量，r為無人機與障礙物的距離，v為調整后的速度，和為v在x和y方向上的分量，i和j為異構無人機的編號；

S32、在勢場中引入異構無人機集群組網的通信網絡拓撲和權重信息，引入后的改進型勢場為：

每兩個異構無人機之間的勢場為：

上式中，為異構無人機i與j之間的勢場，為異構無人機i與j的相對位置之差，為異構無人機i與j之間的相對速度之差，、為大無人機的勢場調節系數，、為小無人機的勢場調節系數；

S33、根據異構無人機i與j之間的通信拓撲權重a_ij，構建無人機i與其他異構無人機之間的平均勢場；

上式中，v_i為無人機i與其他異構無人機之間的平均勢場，N_i為所有節點的通信拓撲權重之和，j為異構無人機的編號；

S34、建立基于異構隊形基準點的編隊保持虛擬勢場；

上式中，為編隊保持虛擬勢場，為編隊保持虛擬勢場增益系數，為無人機的勢場感知半徑，為大無人機的勢場感知半徑，為小無人機的勢場感知半徑，為無人機i的隊形基準點的臂長，、均為符號函數，為無人機與障礙物之間的感知半徑；

根據異構無人機i與j之間的編隊通信拓撲連接關系，由隊形基準點所形成的編隊保持虛擬勢場為：

上式中，v_kall為編隊保持虛擬勢場，i為異構無人機的編號，n為異構無人機編隊隊形基準點的數量；

S35、每個無人機根據異構集群改進型動態勢場，疊加基于異構隊形基準點的編隊保持虛擬勢場之和，同時結合異構無人機之間的集群組網通信拓撲與權重關系，獲取本機在改進型動態強化勢場下受到編隊其他成員的總勢場值，通過一致性群拓撲控制算法根據總勢場值對速度、航向進行相應的調整處理，使多個異構無人機按照預期的隊形完成編隊構建。

2.根據權利要求1所述的基于異構隊形基準點無人機集群拓撲控制與智能防撞方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：異構無人機節點在接收周圍其他節點發送的網絡維護消息的同時，測量消息達到時間，并通過卡爾曼濾波算法，對周圍節點下一時刻的位置、軌跡進行預測，同時預測自身的位置、軌跡，根據所有的預測結果，得到下一時刻本機與周圍無人機之間的相對位置、速度及安全距離。