[發明專利]一種基于固定翼集群無人機在線分組的相位協同規劃方法

有效

• 申請號: 202310526145.4
• 申請日: 2023-05-11
• 公開（公告）號: CN116243729B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 卲金釔;寧文輝;宋艷平;李勁杰;劉紫微;陸艷輝
• 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: 王會改

本發明公開了一種基于固定翼集群無人機在線分組的相位協同規劃方法，其包括：當前時刻，若固定翼集群無人機的編隊重組時，計算下一時刻的長機的狀態信息以及各僚機相對長機的位置和方向；其中，重組包括拆分或合并；根據下一時刻的長機的狀態信息以及各僚機相對長機的位置和方向，計算得到一級權重；基于固定翼集群無人機的編隊的隊形和編隊中無人機之間的相對位置，計算次級權重；基于一級權重和次級權重，計算得到權重矩陣；基于權重矩陣，采用二分圖最佳匹配算法，得到無人機的相位規劃。本發明能夠在固定翼集群飛行編隊重構時，提高集群式固定翼無人機飛行效率和飛行安全性，自適應進行階段協調規劃，保證編隊飛行的連續性和穩定性。

技術領域

本發明涉及無人機技術領域，特別是一種基于固定翼集群無人機在線分組的相位協同規劃方法。

背景技術

近年來，無人機技術由于無人機的運動特征靈活、相對于傳統飛行的成本更低、產業作用廣泛等原因，受到了廣泛的關注。對于無人機而言，目前的產品已經得到了對于單體而言的性能、功效、控制方面的大幅度提升。同時由于硬件的迭代、分布式系統、組網通信技術的大力發展，集群無人機也被應用于工業、飛行表演、信號傳輸等領域。

其中旋翼無人機應用相對成熟，而固定翼無人機由于其高機動性、航速快、航程大、負載更強的性質在工業、農業、救援和科學研究方面具備更廣泛的前景。在固定翼集群無人機的飛行過程中，如何使得集群無人機能得到有效、快速和穩定的控制是一類經典問題。

對于固定翼集群無人機而言，由于執行任務、避障、航路重新規劃導致其編隊的拆分和合并是一種常見的情況，對于傳統的飛行控制領域，需要通過控制率控制單機進行航行，對于長-僚機的集群飛行狀態而言，飛行中需要盡可能避免撞擊等危險情況發生，而防撞措施會導致集群飛行狀態的不穩定波動，從而引發飛行任務的執行慢、控制集群協同飛行困難的問題。對于固定翼集群無人機飛行過程中，并沒有一種專向穩定的協同相位控制辦法來協調這種編隊重構的實施問題。

發明內容

鑒于此，本發明提供了一種基于固定翼集群無人機在線分組的相位協同規劃方法，以解決上述技術問題。

本發明公開了一種基于固定翼集群無人機在線分組的相位協同規劃方法，其包括以下步驟：

步驟1：當前時刻，若固定翼集群無人機的編隊重構時，計算下一時刻的長機的狀態信息以及各僚機相對長機的位置和方向；其中，重構包括拆分或合并；

步驟2：根據下一時刻的長機的狀態信息以及各僚機相對長機的位置和方向，計算得到一級權重；

步驟3：基于固定翼集群無人機的編隊的隊形和編隊中無人機之間的相對位置，計算次級權重；

步驟4：基于一級權重和次級權重，計算得到權重矩陣；

步驟5：基于權重矩陣，采用二分圖最佳匹配算法，得到無人機的相位規劃。

進一步地，所述步驟1包括：

獲取每架無人機的狀態信息并記錄其編隊和屬于長機或僚機；所述狀態信息包括位置、速度、加速度、方向；

根據固定翼集群無人機分隊或合并編隊的情況，確定下一時刻的長機和僚機；

對于長機，根據其當前狀態信息和預設的飛行計劃，通過動力學方程的方法，計算其下一時刻的狀態信息；

對于每個僚機，根據下一時刻長機的位置和方向信息，計算僚機相對長機的位置和方向；而僚機不需要通過自身的狀態來計算下一時刻的狀態信息。

進一步地，所述對于長機，根據其當前狀態信息和預設的飛行計劃，通過動力學方程的方法，計算其下一時刻的狀態信息，包括：