[发明专利]一种编队无人机追踪与规避移动目标的算法

说明书

本发明提供一种编队无人机追踪与规避移动目标的算法，首先通过引入空间移动目标的位置和速度，建立三维空间内无人机移动目标跟踪与规避函数，并进行动态无人机受力分析；然后，求解三维空间内无人机所受虚拟合外力，并建立三维空间内无人机运动学方程；最后，针对无人机的队形保持方面的问题，建立一个受队形约束的约束动力学系统，并建立约束动力学方程，然后求解该约束动力学方程。本发明的算法简单，实现了编队无人机准确、实时地追踪与规避移动目标，大大提高了编队无人机的机动性和运动安全性，扩大了编队无人机的应用范围。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，具体而言涉及一种编队无人机追踪与规避移动目标的算法。

背景技术

当前，无人机技术已大量运用于空中侦察、地面打击、任务救援、电力巡检等军用和民用领域。相比较于单无人机执行任务，编队无人机无论在复杂环境的适应能力、执行任务的可靠性等方面都具有很大的优势。而与此同时，随着各国装备科技的迅速发展，编队无人机在执行对地移动目标的打击、空中目标的驱离、雷达的规避等任务时也面临前所未有的挑战。因此，三维空间内编队无人机对移动目标的跟踪与规避问题越来越成为一个广泛关注和研究的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种编队无人机追踪与规避移动目标的算法，该方法能够很好地实现编队无人机准确、及时地追踪空间内的移动目标和准确、及时地规避移动障碍。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种编队无人机追踪与规避移动目标的算法，包括以下步骤：

1)建立三维空间惯性坐标系O_g，并将三维空间内移动目标和障碍进行简化和抽象；

2)通过引入空间移动目标的位置和速度量，分别建立三维空间内无人机移动目标跟踪函数和移动目标规避函数；

3)分别将跟踪与规避函数对相应的位置和速度求负梯度，得到对应的跟踪引力和规避斥力，并进行动态无人机受力分析；

4)将无人机的空间运动问题看作受到以虚拟合外力为输入的正向动力学问题，并建立运动学模型；

5)将编队无人机的空间运动看作一个受队形约束的约束动力学系统，并建立约束动力学方程，然后求解该约束动力学方程。

进一步的，所述步骤2)中的无人机移动目标跟踪函数为：

其中:ε_q,ε_v分别为位置和速度追踪因子，位置ρ_xy＝||q_g-q_c||为移动目标在编队中各无人机的当前位置x,y平面内的投影与编队无人机之间的欧式距离，q_g,q_c分别表示无人机和移动目标点的当前，m,k为正常数比例因子(一般取m＝2,k＝2)，K_p是与编队中无人机性能相关的比例因子；ρ_z＝||q_gz-q_z||表示编队无人机在垂直方向上受到目标点的引力，q_gz,q_z分别表示无人机和移动目标当前位置的z轴坐标；ρ_v＝||v_g(t)-v_c(t)||表示编队无人机与移动目标在时间t时的相对速度，v_g(t),v_c(t)分别表示无人机和移动目标点在t时刻的速度。

进一步的，所述步骤2)中的无人机移动目标规避函数为：