[發(fā)明專利]一種用于多無人機編隊協同控制的參考點選取方法

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• 申請日: 2022-07-05
• 公開（公告）號: CN114995510A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設計）人: 張文偉;李五洲;郝文龍;熊偉;湯鑫;畢嘉;郭明明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍航空兵學院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京科名專利代理有限公司 11468
• 代理人: 陳朝陽

本發(fā)明公開了一種用于多無人機編隊協同控制的參考點選取方法，包括以下步驟：步驟S1，確定無人機編隊的整個隊形的領隊無人機；步驟S2，接著找到跟隨該領隊無人機的無人機集合，作為領隊無人機的下一層i層；步驟S3，然后以步驟S2無人機集合中的每一個無人機的跟隨無人機，作為下一層i+1層；步驟S4，重復步驟S1?S3，直至完成全部無人機的參考點的選取。本發(fā)明提出的以分層的方法實現無人機編隊參考點選取，然后進行相應的協調，該方法更適用于多無人機編隊的協同控制，實現無人機蜂群的快速控制以及在某個無人機發(fā)生故障或異常時的快速重新控制。

技術領域

本發(fā)明涉及無人機技術領域，具體為一種用于多無人機編隊協同控制的參考點選取方法。

背景技術

無人機編隊行為可以分解為三個子行為：向目標點運動、保持隊形和避障。而在不同的任務要求和環(huán)境中，編隊的形狀和維持隊形的嚴格程度是不同的。隊形控制就是指多個無人機在飛行的過程中，保持隊形同時又要適應環(huán)境(例如障礙物)約束的控制技術。研究較多的隊形有橫隊形、縱隊形、菱形和楔形。

在編隊中為了保證隊形的完整，必須要有一個隊形的調節(jié)機制。即在編隊過程中，必須要有一個參考點，不同無人機位于參考點的不同的相對位置，從而形成一定的隊形。隊形保持控制一般可以分為兩步完成：首先是一個感性的處理，稱為探測隊形位置，根據當前環(huán)境信息確定無人機在隊形中的正確位置；然后根據一定的控制策略生產控制指令，驅動無人機保持一定的隊形飛向目標位置。

現有技術中，每個無人機根據其他無人機的位置來確定它在隊形中的正確位置，參考點的選擇有三種，

1、如圖1所示，以隊形幾何中心為參考點：平均編隊中所有機器人的x、y和z坐標得到隊形中心坐標，每個無人機根據自身和該中心的相對位置確定自己的位置。這種以隊形為中心需要實時計算無人機編隊的中心，然后進行相應的協調，無人機之間可能會產生沖突；

2、如圖2所示，以領航無人機為參考點：在編隊中選取一個無人機作為領航員，每個無人機根據它的為位置來確定自己在隊形中的位置。領航無人機不負責隊形保持，由跟隨無人機負責保持。以領航無人機為參考點時，當領航無人機出現異常后會影響整個無人機出現異常；

3、如圖3所示，以鄰居位置為參考點：每個無人機根據一個已經確定位置的相鄰無人機來確定自己的位置。以鄰居位置為參考點的通訊復雜。

現有的專利文獻中，則沒有體現出上述的三種參考點選取方法，例如：

申請?zhí)?CN201811252764.4、發(fā)明名稱為無人機集群編隊控制方法及其裝置的中國發(fā)明專利公開文獻中，公開了一種無人機集群編隊控制方法及其裝置，該方法包括以下步驟：步驟S100：設定無人機集群的編隊參考點位置和目標參考點位置；步驟S200：根據無人機集群內各內部成員的期望位置、速度矢量以及加速度矢量，建立第i內部成員的運動學方程；步驟S300：基于人工勢場法構建第i內部成員的加速度控制函數，以及第i內部成員在各編隊參考點的速度控制函數，得到所有內部成員的速度控制函數；步驟S400：控制各內部成員以默認編隊跟隨編隊參考點朝向目標參考點運動。該專利文獻公開的是提前設定無人機集群的編隊參考點位置和目標參考點位置，然后控制各內部成員以默認編隊跟隨編隊參考點朝向目標參考點運動。這種參考點的設定，僅針對每個無人機內部運動參數的設定，各個無人機之間并沒有直接的聯系，另外，該參考點并不涉及無人機之間的協同控制。