[发明专利]一种基于负比例导引的无人机自动避撞方法

说明书

本发明提供了一种基于负比例导引的无人机自动避撞方法，属于无人机飞行控制技术领域。通过基于无人机与侵入机相对几何关系的碰撞检测，基于负比例导引的无人机避撞指令生成与飞行控制，无人机自动避撞完成时间估计，检测是否达到无人机避撞完成时间，无人机正常飞行等步骤完成无人机自动避撞，本发明利用负比例导引所需过载小的特点，采用负比例导引律引导无人机进行自动避撞飞行，并通过迭代法求解避撞模型方程，以估计避撞完成时间，适用于多种初始航向角条件和速度条件。

技术领域

本发明属于无人机飞行控制技术领域，具体涉及一种基于负比例导引的无人机自动避撞方法。

背景技术

随着空中无人机不断增多，如何防止无人机与有人机之间以及无人机相互之间发生碰撞，已到了刻不容缓的地步。在伊拉克和阿富汗战场，由于无人机环境感知与规避能力缺乏、安全性能较弱，无人机活动频繁，严重干扰了有人机的正常飞行，致使操作人员无法及时判明周围空域的情况，只能按照任务程序操作。因此，有人机飞行员执行任务时需要时常留意闯入自己航线的无人机，以避免相撞。自动避撞技术已成为当前无人机研究的热点。

在无人机避撞方面的研究，核心思路如下：首先通过避撞检测方法检测可能发生的碰撞，然后采取合适的避撞方法，在一定的性能指标和约束下进行避撞飞行。但是现有的基于比例导引的无人机自动避撞方法在两无人机初始航向角偏差值较小时，完成避撞需要较大的过载甚至超过无人机的过载约束导致无法完成避撞，另外现有的自动避撞方法难以准确估计自动避撞完成时间。

发明内容

针对现有的无人机自动避撞方法在两无人机初始航向角偏差值较小时，完成避撞需要较大的过载甚至超过无人机的过载约束导致无法完成避撞，以及现有的自动避撞方法难以准确估计自动避撞完成时间的问题，本发明提供了一种基于负比例导引的无人机自动避撞方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种基于负比例导引的无人机自动避撞方法，包括以下步骤：

步骤1：基于避撞机与侵入机相对几何关系的碰撞检测；初始状态下避撞机处于正常飞行模式，沿预定的正常飞行轨迹飞往目标点，利用机载传感器获得避撞机和侵入机的飞行状态信息，飞行状态信息包括避撞机初始位置(x₀,y₀)、飞行速度V和航向角ψ(t)，侵入机的位置(x_OB,y_OB)、速度V_OB和航向角ψ_OB，根据飞行状态信息得出两无人机的相对距离R_T(t)为：

两无人机相对速度V_rel(t)为：

V_rel(t)＝Vcos(ψ_rel-ψ(t))+V_OBcos(π+ψ_OB-ψ_rel(t)) (2)；

其中，ψ_rel(t)为两无人机相对速度方位角

视线角λ(t)为：

相对速度方位角和视线角的差值ε(t)为：

ε(t)＝|λ(t)-ψ_rel(t)| (5)；

给定安全距离R_S后可求取碰撞锥的半顶角θ(t)为：

碰撞锥下边界角μ(t)为：

μ(t)＝λ(t)-θ(t)(7)；