[发明专利]一种固定翼无人机编队制导装置及协同跟踪制导方法

说明书

本发明提出了一种固定翼无人机编队制导装置及协同跟踪制导方法，属于无人机飞行控制技术领域。本发明在设计一种用于无人机编队制导的嵌入式计算机装置的基础上，进行协同跟踪地面目标制导方法设计，首先，设计了Leader无人机自动跟踪地面目标的制导方法并进行了稳定性分析；其次，设计了Follower无人机自动跟踪Leader无人机的跟踪制导方法和用于编队相位控制的协同制导方法并进行了稳定性分析；最后，分别针对静止目标、匀速直线运动目标和变速运动目标的跟踪问题进行了仿真验证。本发明能够实现对各类地面目标的自动协同跟踪，并且在同等条件下跟踪性能明显优于采用经典李雅普诺夫向量法的制导方法。

技术领域

本发明提出了一种固定翼无人机编队制导装置及协同跟踪制导方法，属于无人机飞行控制技术领域。

背景技术

随着近年来科技水平的不断提高，无人机从最初的目标识别、通信中继到侦查监视、灾害评估等，其应用领域得到了极大的扩展，未来的应用前景极其广阔。利用无人机来对地面移动目标进行自动跟踪是无人机的一个重要的应用方向。相对于单架无人机，多架无人机组成编队对地面目标进行协同跟踪具有更加明显的优势：一是可以扩大单架无人机传感器的作用范围，降低丢失目标的概率；二是可以提高对目标运动状态的估计精度，在应用上可以提供更高的灵活性。无人机协同跟踪地面目标制导方法设计的主要难点在于如何使得多架无人机在自动跟踪地面目标的同时能够有效维持特定编队。

发明内容

本发明提出了一种固定翼无人机编队制导装置及协同跟踪制导方法。首先设计一种新型standoff(定距跟踪)单机跟踪制导方法，用于Leader(长机)无人机对地面目标的自动跟踪；然后设计用于多架Follower(僚机)无人机的standoff跟踪制导方法和圆编队相位协同制导方法，使得Follower无人机均匀分布于圆周上，并且当编队进入稳态时，Follower无人机的速度将逐渐收敛于Leader无人机对应的速度，相位角趋近于所要求的角度。仿真试验表明，本发明提出的新型编队跟踪策略可以很好的跟踪各类地面目标，并且比基于经典李雅普诺夫向量法的制导方法具有更好的性能。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种固定翼无人机编队制导装置，包括控制信号模块、信号处理模块电源模块和重置模块，其中，控制信号模块和重置模块分别与信号处理模块连接，电源模块为各模块供电，所述控制信号模块包含串口单元和脉宽调制信号单元，所述信号处理模块包含IO驱动单元、信号调理单元和CPU单元，其中串口单元、IO驱动单元、信号调理单元、CPU单元和脉宽调制信号单元顺序连接。

一种固定翼无人机编队制导装置的制导方法，包括以下步骤：

(1)当跟踪目标为合作对象时，通过无人机及地面目标间的通讯链路得到无人机及地面目标的位置及航向信息；当跟踪目标为非合作对象时，通过目标指示系统获取无人机及地面目标的位置及航向信息；

(2)根据无人机与地面目标在二维Frenet-Serret框架下的的位置和运动状态，定义各状态量的取值范围和方向，建立无人机与跟踪目标的二维运动学模型；

(3)在建立的二维运动学模型中，对无人机定距跟踪地面目标模式下的变量关系进行分析；

(4)针对地面静止目标，建立定距跟踪地面静止目标的Leader无人机制导方法，并分析其稳定性；

(5)针对地面匀速运动目标，建立定距跟踪地面匀速运动目标的Leader无人机制导方法，并分析其稳定性；

(6)针对地面变速运动目标，建立定距跟踪地面变速运动目标的Leader无人机制导方法，并分析其稳定性；

(7)在定距跟踪模式下建立Follower无人机制导方法，并分析其稳定性。