[发明专利]一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人飞行器避障方法

权利要求书

1.一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人飞行器避障方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，确定无人飞行器飞行约束条件并构建障碍物安全圆；

设无人飞行器飞行速度V₀大小不变，初始飞行方向指向目标点G；根据无人飞行器的最小转弯半径为R₀和无人飞行器避障所需安全距离R_uav，将障碍物的外接圆膨化后得到半径为R_safe的障碍物安全圆；

步骤S2，通过障碍物安全圆进行避障判定；

当障碍物为静态障碍时，如果R_tect·sin(θ)＜R_safe则需要进行避障，进入步骤S3；否则不需要进行避障，无人飞行器继续按照当前飞行方向飞行；其中R_tect为无人飞行器和障碍物的连线矢量的2范数，θ为速度V₀和的夹角；

当障碍物为动态障碍时，根据t_d时刻探测到障碍时无人飞行器的飞行速度，预测无人飞行器再飞行Δt时间后是否会碰撞进行避障判定；即如果使得t_d+Δt时刻无人飞行器和障碍物的距离＜R_safe，则需要进行避障，进入步骤S3；否则不需要进行避障，无人飞行器按照当前飞行方向继续飞行；

步骤S3，确定最优避障方向和矢量场旋转方向并进行避障；

当障碍物为静态障碍时，最优避障方向为无人飞行器和目标点的连线矢量旋转到矢量的旋转方向，其中为无人飞行器和T_n点的连线矢量，T_n点为和垂直且过障碍物安全圆圆心的直线与障碍物安全圆交点中距离无人飞行器较近的交点；

以R_safe作为期望的跟踪半径，将最优避障方向的反方向作为Lyapunov矢量场旋转方向，并在该矢量场的引导下进行避障机动。

2.如权利要求1所述的一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人飞行器避障方法，其特征在于，步骤S1中的R_safe为：R_safe＝max{R₀,R_obs+R_uav}，其中R_obs为障碍物的外接圆半径。

3.如权利要求1或2所述的一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人飞行器避障方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

步骤S4，判定是否成功避障；

在飞行过程中，若无人飞行器没有侵犯障碍物安全圆，且存在某时刻t_s，使得该时刻无人飞行器和障碍物的连线矢量与矢量的位置关系则判定成功避障，停止避障机动，向目标点G飞行；否则，继续利用步骤S3进行避障机动。

4.如权利要求3所述的一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人飞行器避障方法，其特征在于，当障碍物为动态障碍时，先将动态避障转化为无人飞行器在障碍物的相对速度坐标系下静态避障问题，然后再利用步骤S3的方法进行避障。

5.如权利要求3所述的一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人飞行器避障方法，其特征在于，步骤S3中最优避障方向的角度

6.如权利要求3所述的一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人飞行器避障方法，其特征在于，当存在两个静态障碍物，且二者之间存在一定距离，但二者的障碍物安全圆相交时，以同时包络前述两个静态障碍物的障碍物安全圆作为步骤S2中的障碍物安全圆进行避障判定。

7.如权利要求4所述的一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人飞行器避障方法，其特征在于，当时，将障碍物定义为微小障碍，如果存在多个微小障碍物，以同时包络前述多个微小障碍物的障碍物安全圆作为步骤S2中的障碍物安全圆进行避障判定，其中R_obs为障碍物的外接圆半径。