[发明专利]基于虚拟结构的无人机队形变换方法

权利要求书

1.基于虚拟结构的无人机队形变换方法，其特征在于，包括：

S1、建立基于虚拟结构的无人机队形；步骤S1包括以下分步骤：

S11、采用Delaunay三角剖分算法生成以虚拟质点为生成元的Voronoi图；每一个生成元对应一个多边形Voronoi区域；每个多边形Voronoi区域内点到该多边形Voronoi区域内生成元的距离小于到其它生成元距离；相邻多边形Voronoi区域共同边上的点到相邻两个多边形Voronoi区域中的生成元距离相等；

S12、无人机收到起飞指令后，采用强制跟随模式，当跟随指定虚拟质点抵达其所属多边形Voronoi区域后，无人机切换为自动跟随模式；

S13、根据无人机受到的来自相邻无人机的排斥力以及来自虚拟质点的吸引力，建立无人机的力平衡模型；

S2、基于步骤S1建立的无人机队形，根据地面控制基站发送的队形变换指令，各无人机采用自动跟随模式变换队形；步骤S2具体包括以下步骤：

S21、地面控制基站通过远程通信信道向无人机集群发送队形变换指令与由虚拟质点坐标参数表示的队形；

将发送的队形变换指令翻译为由虚拟质点坐标参数表示的队形变换控制指令；并通过远程通信信道向无人机集群发送队形变换控制指令；

S22、各无人机基于就近原则，采用自动跟随模式，跟随距离最近的虚拟质点飞行，并建立与相邻无人机以及最近的虚拟质点的力平衡模型，达到力平衡状态；

S3、基于步骤S1建立的无人机队形，根据地面控制基站发送的队形重组指令，各无人机采用强制跟随模式重组队形。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟结构的无人机队形变换方法，其特征在于，无人机力平衡模型表达式为：

其中，V_i为无人机i通信范围内的无人机集合，F_r,ij为无人机i受到的相邻无人机j的斥力，F_a,i为无人机i受到虚拟质点的吸引力，F_i为无人机的受力大小，当F_i为0时表示无人机处于力平衡状态。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟结构的无人机队形变换方法，其特征在于，由大地惯性坐标系中的一系列惯性坐标组成无人机编队的虚拟结构，所述虚拟结构包括若干虚拟质点，其中每个虚拟质点表示为二元组p,v，p为该虚拟质点在大地坐标系中的位置向量，v为该虚拟质点的运动速度。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟结构的无人机队形变换方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：

S31、地面控制基站通过远程通信信道向无人机集群发送队形重组指令；

S32、无人机建立与相邻无人机以及虚拟质点之间力平衡模型，采用强制跟随模式，跟随指定虚拟质点飞行，当抵达指定虚拟质点区域后，切换为自动跟随模式。

5.根据权利要求4所述的基于虚拟结构的无人机队形变换方法，其特征在于，所述队形重组控制指令格式为：每一个虚拟质点后跟随该虚拟质点的编号以及该虚拟质点控制的无人机编号。