[发明专利]一种自主式无人机群目标跟随避障方法

权利要求书

1.一种自主式无人机群目标跟随避障方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：按照以集群所要到达的目标点为牵引，设置集群速度方向，其中将集群牵引定以恒定的大小；通过计算每个对象无人机到终点的坐标差值来设置对象无人机的目标牵引方向；

步骤2：对于每个对象无人机，需要在每个时间帧中，对通信范围内所有其余无人机与对象无人机的斥力进行合力计算，计算结果则是对象无人机当前所受斥力总和；

步骤3：利用无人机之间的速度跟随力，来保持集群速度大小和方向的一致性；对通信范围内所有满足速度跟随条件的无人机进行速度跟随运算，获取所有跟随作用的复合作用作为此对象的当前所受的跟随力作用；

所述的满足速度跟随条件是指在通信范围内的任意两个无人机之间的速度差，保持在缓冲范围内，就能够维持集群的稳定；

所述的通信范围是指根据需要设定的范围；

步骤4：在障碍物上设置虚拟无人机，并赋予该虚拟无人机一定的虚拟速度，通过利用步骤3中的无人机之间的速度跟随力，来改变无人机群靠近障碍物时的速度方向，从而达成较好的避障效果；

步骤5：为了计算每个对象无人机所需的速度，求取步骤1～4所有作用的矢量和；将无人机速度固定为集群速度，叠加之前所有作用力，得到所需的目标速度；

所述的所有作用包括无人机的目标牵引力、无人机短距斥力、无人机之间的速度跟随力、无人机与障碍物之间的速度跟随力。

2.根据权利要求1所述的一种自主式无人机群目标跟随避障方法，其特征在于步骤1按照以集群所要到达的目标点为牵引，设置集群速度方向，具体公式如下

公式(1)中v^atti为恒定大小的集群牵引速度；将对象无人机标记为i，r_i表示对象无人机的中心坐标，r_a表示目标点的中心坐标，r_ia表示无人机i到目标点的坐标差值，获取了无人机向终点的运动方向；表示对象无人机i的目标牵引速度。

3.根据权利要求2所述的一种自主式无人机群目标跟随避障方法，其特征在于步骤2具体实现如下：

无人机间的相互排斥为短距斥力作用，只在一定范围内有效，其作用方程如下：

公式(2)中，表示两无人机短距斥力作用后的速度，p^rep是机间排斥大小的线性系数，是斥力的截止距离，将两无人机标记为i、j，r_i表示无人机i的中心坐标，r_j表示无人机j的中心坐标，r_ij表示无人机i与无人机j之间的坐标差值，获取了无人机连线反方向作为斥力作用方向，斥力大小与无人机间距离大小相关，并以单位为时间倒数的系数p^rep调整大小倍率；

公式(3)表示在每个时间帧中，无人机需要对斥力截止范围内所有无人机单位进行斥力计算，并取其合力为当前对象无人机所受集群其它无人机的总斥力作用，为此作用力后的速度。