[发明专利]一种基于梯度函数的无人机编队避障方法

权利要求书

1.一种基于梯度函数的无人机编队避障方法，其特征在于，包括以下步骤

(1)准备若干架无人机；

(2)规定起始位置与目标位置；

a、确定无人机机群的起始位置；

b、确定无人机机群的目标位置；

c、确定起始位置与目标位置之间，目标位置周围无障碍物；

(3)开始起飞，每架飞机向各自目标位置移动，每当某一架飞机移动一步，扫描全局飞机位置；

(4)存储步骤(3)最新扫描得到的值，并准备下一步更新；

(5)根据最新存储的数据，计算相邻两两飞机之间的距离，判断是否有飞机满足避障条件，即最近距离是否靠近安全距离；

(6)进入编队飞行状态，假设满足避障条件，则避障过程建立模型；

重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)，避障策略采用步骤(6)；

所述的步骤(6)避障过程建立的模型与解释如下：

a、前障模型，r是飞机起飞后，旋翼最外围到飞机几何中心的距离；R是飞机A与B的几何中心的距离；假设某时刻两飞机距离为L，则理论安全距离定义为L＞2r；

υ_A与υ_B分别是飞机A和B沿着方向的速度分量，且满足υ_A＜υ_B，即说明在较短时间内，飞机B会靠近飞机A的安全距离，进而可能发生碰撞；

在此种模型下的避让方案为：飞机B进入避障状态，采取沿梯度方向飞行的策略，使得υ_B减小：此时在方向，速度差为Δυ(t)＝υ_B(t)-υ_A(t)，最大碰撞时间为：

根据要最短时间达到目标位置的要求，平面内的梯度方向存在两个方向，假设，飞机B选择了方向，则只需要保证在t_Δ(t)内Δυ(t)＝0；则飞机A、飞机B这两架飞机不会发生碰撞，全局范围内，实时检测两两飞机之间的距离，其中飞机A与飞机B是某一时刻检测到的最近的两架飞机；

同时，假设判定飞机B只能沿方向前进，飞机A与飞机B具有相同轨迹，则此时仍然需要满足上述Δυ(t)＝0的要求，策略改变成飞机B沿着方向减速；

b、后撞模型，假设此时是对飞机A提出避让要求，则飞机A的避让目标是不被飞机B撞机；首先，此时飞机A加速使得沿着方向的速度υ_A增大，减小Δυ(t)，相对延长t_Δ(t)，同时沿着某梯度方向，增大与飞机B飞行方向的距离。