[发明专利]无人机队形控制方法

说明书

本发明公开了一种无人机队形控制方法，包括队形生成步骤，所述队形生成的方法如下：各无人机在接收到目标基准队形信息后，按着约定的时间进行队形变换，首先各无人机在趋近操作的引导下飞向离自己最近的目标编队位置，同时，编队内各成员基于有限探测范围的机载探测系统或局域网通信获取周围其它无人机的位置和速度，对信息进行处理和利用，然后在虚拟分配操作下生成各自的目标编队位置，并朝向其飞行，最后在自适应调整操作的引导下确定最终的目标编队位置，并朝它飞行，使无人机集群形成目标基准队形。所述方法使无人机编队成员不需已知全局信息，即可生成任意队形，并且可异步触发，可避免碰撞，即使当前通信短时中断也能凭记忆实施队形控制。

技术领域

本发明涉及无人机的控制方法技术领域，尤其涉及一种无人机队形控制方法。

背景技术

无人机编队属于一种成员数量多、灵活弹性、低成本和生存率高的分布式系统。它在运动和执行任务时保持一定的队形可显著节省能源、提高系统工作效率以及扩展系统能力，从而延长编队的飞行距离；现有技术指出圆形队形可有效提高对固定区域资源的探测效率；纵向编队在穿越山谷、轰炸和云中截击，横向编队在宽大正面搜索等方面具有单机无法比拟的优势；现有技术中一般的队形控制为“人字形”编队和“环形”编队，队形单一；虽然现有技术中出现了可生成任意队形的控制方法，但该方法中个体需知道编队的整体信息才能实施控制，当某个成员损毁且未被其它成员及时得知时生成的队形无自动调节能力；此外，虽然现有技术中提出的另一种方法符合分布式控制特点，可生成任意给定队形，但需在变换前指定各机的目标位置，且未考虑控制过程的优化和碰撞问题，该方法还提出利用队形变换前的短时通信获取邻近个体的信息进行运动控制，一定程度上造成历史信息浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种编队成员不需已知某些全局信息，可生成任意队形，并且可异步触发，即使当前通信短时中断也能凭记忆实施队形控制的无人机编队队形分布式控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种无人机队形控制方法，其特征在于包括队形生成步骤，所述队形生成的方法如下：

各无人机在接收到目标基准队形信息后，按着约定的时间进行队形变换，首先各无人机在趋近操作的引导下飞向离自己最近的目标编队位置，同时，编队内各成员基于有限探测范围的机载探测系统或局域网通信获取周围其它无人机的位置和速度，对信息进行处理和利用，然后在虚拟分配操作下生成各自的目标编队位置，并朝向其飞行，最后在自适应调整操作的引导下确定最终的目标编队位置，并朝它飞行，使无人机机群形成目标基准队形。

进一步的技术方案在于，所述方法还包括队形变换步骤，所述队形变换的方法如下：当无人机队形需要从第一种目标基准队形变换为第二种目标基准队形时，编队内成员重复无人机队形的变换的控制过程，使无人机队形从第一种目标基准队形变换为第二种目标基准队形。

进一步的技术方案在于，所述方法还包括躲避障碍步骤，所述躲避障碍的方法如下：当无人机编队前方出现突发障碍时，通过避障控制方法控制相关无人机对障碍进行规避，待躲避障碍结束后通过队形生成方法控制无人机编队恢复先前的队形，继续向目标前进。

进一步的技术方案在于，所述的队形生成的具体方法如下：

无人机以自身所在位置为圆心和探测距离或通信距离d_a为半径构成的圆形区域为其有限探测范围，每架无人机仅能对有限探测范围内个体的位置和速度进行感知，N_i(t)为t时刻落在无人机i的有限探测范围内无人机个体的集合；

1)趋近：无人机成员从获得的目标基准队形的全部位置中，搜索离自己最近的位置，并朝它运动，该操作用于产生下列操作的初始条件；