[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

本發明公開了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，包括以下步驟：S1、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。本發明是綜合考慮大/小異構無人機集群系統而進行集群協同避障群拓撲控制方法研究。

技術領域

本發明涉及異構無人機集群通信技術領域，具體涉及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。

背景技術

異構無人機集群編隊系統是多個異構無人機（大/小無人機等）通過特定的集群編隊組網協議構成多節點集群通信網絡，網絡節點在預定的各種編隊集群拓撲下，通過集群網絡交互各類業務消息，完成自主智能防撞，并協同執行指定任務。

異構無人機集群編隊系統的編隊構型與群拓撲變化情況對整個集群編隊的任務執行情況有重要影響，直接影響最終的任務成敗。目前傳統的無人機群拓撲控制研究主要是針對小無人機群（非異構）拓撲控制，解決編隊一致性問題，沒有針對異構無人機（大/小無人機等混合集群）的群拓撲控制及自適應防撞研究。針對異構無人機混合集群組網場景，異構無人機集群成員之間的一致性群拓撲優化及自主智能防撞能力還需優化提升。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的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解決沒有針對異構無人機的群拓撲控制及自適應防撞研究的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：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，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。

進一步地：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。

進一步地：所述網絡維護消息包括本節點地址、異構類型、發送時間、本機位置、速度、航向、防撞安全半徑信息。

進一步地：所述碰撞危險因子的計算方法為：

令，其中為安全距離，d為相對距離，即本機與其他無人機位置之差，r₁為本機安全半徑，r₂為其他無人機安全半徑；

當時，為“安全”狀態，此時碰撞危險因子，其中，為安全系數，取值為0.3；

當時，為“輕度危險”狀態，此時碰撞危險因子，其中，為輕度危險系數1，取值為0.4，為輕度危險系數2，取值為0.3；

當時，為“重度危險”狀態，此時碰撞危險因子，其中，為重度危險系數1，取值為0.3，為重度危險系數2，取值為0.7。

進一步地：所述自適應調整防撞算法具體為：

當碰撞危險因子取值為“安全”狀態時，無需做任何調制；