[發(fā)明專利]一種無人機(jī)集群編隊(duì)飛行控制方法、裝置及設(shè)備

在審

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• 申請日: 2022-11-23
• 公開（公告）號: CN115857544A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李巧萍;陳宇;馬正祥;常緒成;梁坤;劉超;楊晨鐸
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京潤捷智誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11831
• 代理人: 安利霞

本發(fā)明提供一種無人機(jī)集群編隊(duì)飛行控制方法、裝置及設(shè)備，所述方法包括：獲取預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形的隊(duì)形結(jié)構(gòu)信息和所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形形成的預(yù)設(shè)時長；根據(jù)所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形的隊(duì)形結(jié)構(gòu)信息，確定無人機(jī)集群編隊(duì)中虛擬長機(jī)的飛行軌跡；根據(jù)所述虛擬長機(jī)的飛行軌跡和所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形，確定所述無人機(jī)集群編隊(duì)中除所述虛擬長機(jī)以外的無人機(jī)中，每一個目標(biāo)無人機(jī)的編隊(duì)控制器；控制每一個目標(biāo)無人機(jī)按照所述編隊(duì)控制器，在所述預(yù)設(shè)時長內(nèi)，與所述虛擬長機(jī)形成所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形。本發(fā)明的方案使得在無人機(jī)集群編隊(duì)飛行過程中，期望隊(duì)形的生成時間可以提前設(shè)定，并且隊(duì)形形成時間可以充分短，編隊(duì)精度可以充分高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)飛行控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種無人機(jī)集群編隊(duì)飛行控制方法、裝置及設(shè)備。

背景技術(shù)

四旋翼無人機(jī)具有尺寸小、質(zhì)量輕、成本低、速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)動性好、易于隱蔽等一系列優(yōu)勢，在戰(zhàn)略打擊、電子對抗、中繼通信、搜索營救、智能物流、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、資源勘探、交通疏導(dǎo)等軍事和民事領(lǐng)域的作用日益凸顯。為了提高作業(yè)能力，多架無人機(jī)協(xié)同飛行逐漸發(fā)展成為無人機(jī)作業(yè)的主要方式。效用方面，協(xié)同作業(yè)可以擴(kuò)大偵查視野，提高信息精度；可靠性方面，協(xié)同飛行靈活性高、容錯性強(qiáng)、擴(kuò)充性好。

編隊(duì)控制作為多無人機(jī)協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)，迅速發(fā)展為現(xiàn)代航空科技的前沿課題。在無人機(jī)編隊(duì)執(zhí)行任務(wù)過程中，準(zhǔn)確掌控編隊(duì)隊(duì)形的形成時間，使無人機(jī)集群能在預(yù)先指定的時間內(nèi)快速形成期望隊(duì)形，并精確保持該隊(duì)形穩(wěn)定飛行，對于任務(wù)的規(guī)劃與執(zhí)行具有重要意義，但現(xiàn)有的無人機(jī)編隊(duì)控制算法大都是漸近收斂的，收斂時間嚴(yán)重依賴于系統(tǒng)的初始狀態(tài)。

為了消除初始狀態(tài)對收斂時間的影響，提出了固定時間穩(wěn)定控制算法，該方法中系統(tǒng)穩(wěn)定點(diǎn)的收斂時間是關(guān)于初始狀態(tài)一致有界的。然而，固定時間穩(wěn)定雖然優(yōu)于有限時間穩(wěn)定，但穩(wěn)定點(diǎn)收斂時間的上界和控制增益之間的關(guān)系并不明朗，需要根據(jù)控制參數(shù)進(jìn)行估計，延長了無人機(jī)編隊(duì)隊(duì)形形成時間，編隊(duì)精度低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種無人機(jī)集群編隊(duì)飛行控制方法、裝置及設(shè)備。使得在無人機(jī)集群編隊(duì)飛行過程中，期望隊(duì)形的生成時間可以提前設(shè)定，并且隊(duì)形形成時間可以充分短，編隊(duì)精度可以充分高。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種無人機(jī)集群編隊(duì)飛行控制方法，所述方法包括：

獲取預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形的隊(duì)形結(jié)構(gòu)信息和所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形形成的預(yù)設(shè)時長；

根據(jù)所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形的隊(duì)形結(jié)構(gòu)信息，確定無人機(jī)集群編隊(duì)中虛擬長機(jī)的飛行軌跡；

根據(jù)所述虛擬長機(jī)的飛行軌跡和所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形，確定所述無人機(jī)集群編隊(duì)中除所述虛擬長機(jī)以外的無人機(jī)中，每一個目標(biāo)無人機(jī)的編隊(duì)控制器；

控制每一個目標(biāo)無人機(jī)按照所述編隊(duì)控制器，在所述預(yù)設(shè)時長內(nèi)，與所述虛擬長機(jī)形成所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形。

可選的，根據(jù)所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形的隊(duì)形結(jié)構(gòu)信息，確定無人機(jī)集群編隊(duì)中虛擬長機(jī)的飛行軌跡，包括：

根據(jù)所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形的隊(duì)形結(jié)構(gòu)信息和虛擬長機(jī)在所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形中的目標(biāo)位置，確定無人機(jī)集群編隊(duì)中虛擬長機(jī)的飛行軌跡。

可選的，根據(jù)所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形的隊(duì)形結(jié)構(gòu)信息和虛擬長機(jī)在所述預(yù)設(shè)目標(biāo)隊(duì)形中的目標(biāo)位置，確定無人機(jī)集群編隊(duì)中虛擬長機(jī)的飛行軌跡，包括：

通過方程：確定無人機(jī)集群編隊(duì)中虛擬長機(jī)的飛行軌跡；

其中，P₀＝(P_x,0,P_y,0,P_z,0)為虛擬長機(jī)在地球坐標(biāo)系O_ex_ey_ez_e中的目標(biāo)位置；

為P₀的矢量；